一種倒裝高效柔性砷化鎵太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池技術領域。
【背景技術】
[0002] 砷化鎵太陽能電池是以砷化鎵（GaAs)為基體材料的太陽能電池，其發(fā)展已有40 余年的歷史。GaAs材料的Eg=l. 43eV，理論上估算，GaAs單結太陽能電池的效率可達27%， 從上世紀80年代后，GaAs太陽能電池技術經(jīng)歷了從LPE到M0CVD，從同質外延到異質外延， 從單結到多結疊層結構的幾個發(fā)展階段，其發(fā)展速度日益加快，效率也不斷提高，目前實驗 室最高效率已達到50% (來自IBM公司數(shù)據(jù))，產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉化率可達30%以上。而在光伏發(fā) 電產(chǎn)業(yè)中，幾乎占到全部產(chǎn)量的94%以上的單晶硅和多晶硅等硅基光伏電池，其在實驗室 里最高的轉換效率為24. 7%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉換效率僅為18%，而砷化鎵太陽能電池光電 轉換效率比傳統(tǒng)晶硅原料高出許多，在某些特定場合(如航空、航天領域、可穿戴設備等）將 成為市場主流。
[0003] 單結GaAs電池只能吸收特定光譜的太陽光，不同禁帶寬度的III、V族材料制備 的多結GaAs電池，按禁帶寬度大小疊合，分別選擇性吸收和轉換太陽光譜的不同子域， 可大幅度提高太陽能電池的光電轉換效率。理論計算表明：雙結GaAs太陽能電池的極限 效率為30 %，三結GaAs太陽能電池的極限效率為38 %，四結GaAs太陽能電池的極限 效率為41 %。
[0004] 與硅基太陽能電池相比，GaAs太陽能電池具有更高的光電轉換效率、更強的抗 輻照能力和更好的耐高溫性能，其廣泛應用在空間能源領域，如我國的神八宇宙飛船和 "天宮一號"飛行器均采用了三結砷化鎵太陽能電池，其轉化效率達到26. 8%。
[0005] GaAs為直接躍迀型材料，而Si為間接躍迀型材料。在可見光范圍內(nèi)，GaAs材 料的光吸收系數(shù)遠高于Si材料。同樣吸收95 %的太陽光，GaAs太陽能電池只需5~ 10ym的厚度，而Si太陽能電池則需大于150ym。因此，GaAs太陽能電池能制成薄膜型， 質量可大幅減小。但是由于砷化鎵太陽能電池的襯底材料Ge或GaAs熱導系數(shù)較小，在使 用中芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱不能及時散出，降低了電池效率；同時Ge或GaAs襯底厚度大，柔性 差，極易碎，不方便使用，造成了其實際轉化效率和應用受到限制。如果能夠把砷化鎵太陽 能電池制成柔性薄膜太陽能電池，借助柔性薄膜太陽能電池的可以彎曲、便于攜帶的特點， 能夠在多種生產(chǎn)與生活領域為人們提供電力，有廣泛的應用前景。
[0006] 銅鉬銅（CMC)封裝材料是一種三明治結構的平板復合材料，它采用純鉬做芯材，雙 面再覆以純銅或者彌散強化銅。這種材料的熱膨脹系數(shù)可調(diào)，熱導率高，耐高溫性能優(yōu)異， 在電子封裝中得到了廣泛的運用。銅鉬銅材料屬于金屬基平面層狀復合型電子封裝材料， 這類電子封裝復合材料的結構是層疊式，一般分為三層，中間層為低膨脹材料層，兩邊為高 導電導熱的材料層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種厚度薄，柔性好，散熱好，效率高，牢固可靠 的倒裝高效柔性砷化鎵太陽能電池及其制備方法。
[0008] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：一種倒裝高效柔性砷化鎵太 陽能電池，包括反置的外延層，即外延層受光面位于上部；所述受光面上設有上電極，所述 外延層的下方依次設有金屬化層和銅鉬銅柔性基板，所述銅鉬銅柔性基板為銅鉬銅三層復 合材料，包括底層銅、中間層鉬和頂層銅；所述外延層移取自下述的外延片：所述外延片由 下向上包括襯底、緩沖層、剝離層、外延層，該外延層在外延片中呈倒置生長結構，即受光面 位于剝離層一方。
[0009] 進一步地，所述銅鉬銅柔性基板的熱膨脹系數(shù)為（6~7)X1(T6/°C，包括底層銅 10~20微米，中間層鉬10~20微米，頂層銅10~20微米。
[0010] 進一步地，所述剝離層為 N-InxGa(1_x)P, 0〈x〈l。
[0011] 進一步地，反置的外延層受光面上還設有減反射膜。
[0012] 進一步地，所述減反射膜由上層的二氧化硅薄膜和下層的二氧化鈦薄膜構成，所 述二氧化娃薄膜厚度為90 ± 10nm，所述二氧化鈦薄膜厚度為60 ± 10 nm〇
[0013] 進一步地，所述金屬化層自下而上依次為鈦層、銀層、金層。
[0014] 優(yōu)選的，所述鈦層、銀層、金層的厚度分別為100nm、1000nm、60nm。
[0015] 一種制備如上所述倒裝高效柔性砷化鎵太陽能電池的方法，包括如下步驟， 步驟一、外延片和銅鉬銅柔性基板鍵合：清洗外延片P面和銅鉬銅柔性基板的鍵合部 位，在外延片P面生長金屬化層，將金屬化層與銅鉬銅柔性基片對準、壓緊，最后放入晶片 鍵合設備中，加溫、加壓完成鍵合，得到鍵合片； 步驟二、將所得鍵合片用腐蝕液去除剝離層，從而將襯底和緩沖層剝離，露出受光面； 步驟三、在受光面的上方制作上電極。
[0016] 進一步地，還包括，步驟四、在受光面上生長減反射膜。
[0017] 進一步地，所述金屬化層自下而上依次為鈦層、銀層、金層，其厚度分別為l〇〇nm、 1000nm、60nm，所述金屬化層的金層與銅鉬銅柔性基片對準、壓緊。
[0018] 進一步地，步驟一清洗時，外延片和銅鉬銅柔性基板依次經(jīng)過丙酮、異丙醇、去離 子水、HC1與H 20體積比為1:1的混合溶液、去離子水清洗；鍵合時，鍵合溫度300~500度， 時間60~120分鐘，壓力2~5kg/cm 2。
[0019] 進一步地，步驟二中，剝離層為N-InxGau_ x)P，0〈X〈l，腐蝕液為HC1與H3P04體積比 為3:2的混合溶液。
[0020] 采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明采用了柔性度較高的CMC作為 太陽能電池的基底材料，減小了電池的厚度，有效降低了電池的重量，大大提高了電池的柔 韌性，可應用范圍大大增加，且使用更加方便。
[0021] CMC導電導熱性遠高于傳統(tǒng)技術中Ge或GaAs襯底，提高了襯底的散熱性能，同時 其熱膨脹系數(shù)控制在（6~7) X1(T6/°C，與Ge和GaAs材料的熱膨脹系數(shù)相近，這樣可保證 在生產(chǎn)和使用過程中不會由于溫度的變化，導致太陽能電池片表面分裂，延長了電池的使 用壽命。
[0022] 同時，采用CMC，相對于傳統(tǒng)鍵合工藝，不必使用昂貴的Au材料作為鍵合金屬，而 選擇廉價的Ag材料進行鍵合，極大的降低工藝成本，同時也提高了成品率。
[0023] 本發(fā)明采用了 TiOjP SiO 2材料作為減反射膜，能在400nm-1200nm波段范圍內(nèi)獲 得很好的減反射效果，有效的降低了電池表面的反射率，使短路電流的增益達到最高，提高 產(chǎn)品的效率。
【附圖說明】
[0024] 圖1