一種柔性矽基砷化鎵電池的製作方法

2023-06-10 18:54:11

一種柔性矽基砷化鎵電池的製作方法
【專利摘要】本實用新型屬於薄膜太陽能電池領域，涉及一種柔性矽基砷化鎵電池，它包括襯底層（1），在襯底層（1）上依次有Ge-Si緩衝層（2）、Ge電池層（3）、隧道結A層（4）、GaAs電池層（5）、隧道結B層（6）、GaInP電池層（7）、窗口層（8）、歐姆接觸層（9）和減反射膜層（10），且減反射膜層（10）上設有正面電極（11），襯底層（1）下表面設有背面電極（12）；所述襯底層（1）為厚度≤48微米的柔性矽襯底層；所述柔性矽基砷化鎵電池的總厚度≤50微米，單片面積≥80cm2。該電池以柔性的超薄矽作為最終襯底，能獲得極大的比功率（>2000W/Kg），大大降低空間電源的發射成本。
【專利說明】一種柔性矽基砷化鎵電池
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於薄膜電池領域，提供一種製備柔性矽基砷化鎵薄膜電池。
【背景技術】
[0002]GaAs電池具有穩定性好、抗輻照能力強、光電轉換效率最高等特特點，是一種最具潛質的空間能源產品。目前，美日歐等西方發達國家競相開發高效、輕質的GaAs薄膜電池，滿足各自航天軍事領域以及未來太空電站建設的需要；同時柔性的高效砷化鎵電池也能滿足地面的特殊應用。GaAs是一種直接帶隙半導體材料，可以做成多結電池，有效提高光電轉換效率。
[0003]傳統的GaAs/Ge電池，由於基底米用嫁、錯等兀素的稀有，外延設備和工藝複雜，使得高效GaAs電池不但製造成本高昂，而且質量大，難以實現大規模應用，尤其是航天事業。而Si基GaAs電池，由於矽元素在地殼中儲量極為豐富，提煉難度較少，生產成本較低，可用於開發低成本的多結高效GaAs電池，同時輕、薄且柔性的基底能滿足未來衛星、空間站以及太空(月球)基地建設的大規模能源供應需要。因此，開發高效、低成本的柔性多結GaAs薄膜電池是未來航空航天的必然選擇。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於:提供一種製備柔性矽基砷化鎵薄膜電池，該電池總厚度約為50微米，柔性、可捲曲， 單片面積可以大於80cm2，比功率大於2000W/Kg的優質電池。同時，以單晶矽替代單晶鍺、單晶砷化鎵作為襯底，能大大降低多結砷化鎵電池的成本。
[0005]為實現上述目的，本實用新型的技術方案是:
[0006]一種柔性矽基砷化鎵電池，包括襯底層，在襯底層(I)上依次有Ge-Si緩衝層、Ge電池層、隧道結A層、GaAs電池層、隧道結B層、GaInP電池層、窗口層、歐姆接觸層和減反射膜層，且減反射膜層上設有正面電極，襯底層下表面設有背面電極；所述襯底層為厚度< 48微米的柔性矽襯底層；所述柔性矽基砷化鎵電池的總厚度< 50微米，單片面積^ 80cm2。
[0007]所述襯底層的厚度優選為40微米-48微米。
[0008]所述襯底層優選為半導體級P型矽層。
[0009]與現有技術相比，本實用新型的優勢是:
[0010]1、本實用新型的薄膜電池總厚度小於50微米，柔性、可捲曲，單片面積可以大於80cm2，轉換效率超過30%，比功率大於2000W/Kg的超薄高效電池。
[0011]2、該電池以單晶矽替代單晶鍺、單晶砷化鎵作為襯底，能大大降低多結砷化鎵電池的成本。
[0012]3、本實用新型電池以柔性的超薄矽作為最終襯底，能獲得極大的比功率(>2000ff/Kg),大大降低空間電源的發射成本。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型製備的柔性矽基砷化鎵薄膜電池的結構示意圖；
[0014]其中，I是襯底層，2是Ge-Si緩衝層，3是Ge電池層，4是隧道結A層，5是GaAs電池層，6是隧道結B層，7是GaInP電池層，8是窗口層，9是歐姆接觸層，10是減反射膜層，11是正面電極，12是背面電極。
【具體實施方式】
[0015]為了進一步說明本實用新型的結構和特徵，以下結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明。
[0016]實施例1:
[0017]一種柔性矽基砷化鎵電池，由下至上依次為襯底層UGe-Si緩衝層2、Ge電池層3、隧道結A層4、GaAs電池層5、隧道結B層6、GaInP電池層7、窗口層8、歐姆接觸層9和減反射膜層10，且在減反射膜層10上設有正面電極11，在襯底層I下表面設有背面電極12，所述襯底層I為厚度40微米-48微米的柔性矽襯底層；所述柔性矽基砷化鎵電池的總厚度(50微米,單片面積> 80cm2。所述娃襯底層為半導體級P型娃。
[0018]上述柔性矽基砷化鎵電池的製備方法，包括以下步驟:
[0019]I)在矽襯底A和矽襯底B上生長50nm厚的SiO2層，溫度900度；
[0020]2)經過15%的HCl溶液洗後，兆聲處理，然後將矽襯底A和B的Si02界面在鍵合設備中完成鍵合，然後從室溫逐漸升溫至850°C，熱處理時間為60-120min ； 3)經過粗磨、粗拋和精拋，將矽襯底A減薄至45-48微米厚，製作成超薄矽襯底A ；
[0021]4)清洗後採用超高真空CVD (VHT-CVD)，650度，在矽襯底A表面生長Ge-Si緩衝層2微米；
[0022]5)採用MOCVD在Ge-Si緩衝層上依次生長Ge電池層、隧道結A層、GaAs電池層、隧道結B層、GaInP電池層、窗口層和接觸層。
[0023]6)採用光刻膠將上表面及側面進行保護，採用20% KOH溶液腐蝕下表面矽襯底B，採用10%氫氟酸腐蝕SiO2層；
[0024]7)去除光刻膠；
[0025]8)採用雷射轉印技術印刷正面Ag電極和背面Al背場，烘乾爐600度下電極加固。
[0026]9)鍍 ZnS、MgF4 減反射膜。
[0027]上述柔性矽基砷化鎵電池的性能對比數據見表I。
[0028]表I電池性能對比實驗數據
[0029]
【權利要求】
1.一種柔性矽基砷化鎵電池，包括襯底層(I )，其特徵是，在襯底層(I)上依次有Ge-Si緩衝層(2)、Ge電池層(3)、隧道結A層(4)、GaAs電池層(5)、隧道結B層(6)、GaInP電池層(7)、窗口層(8)、歐姆接觸層(9)和減反射膜層(10)，且減反射膜層(10)上設有正面電極(11)，襯底層(I)下表面設有背面電極(12);所述襯底層(I)為厚度< 48微米的柔性矽襯底層；所述柔性矽基砷化鎵電池的總厚度 80cm2。
2.根據權利要求1所述柔性矽基砷化鎵電池，其特徵是，所述襯底層(I)的厚度為40微米-48微米。
3.根據權利要求1或2所述柔性矽基砷化鎵電池，其特徵是，所述襯底層(I)為半導體級P型矽層。
【文檔編號】H01L31/0687GK203481250SQ201320523877
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】劉文峰, 成文, 姬常曉 申請人:湖南紅太陽光電科技有限公司