[发明专利]一种柔性多结GaAs太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效多结太阳能电池制备技术，属于半导体材料技术领域。

背景技术

太阳能电池作为一种清洁能源，在国防和民用方面有巨大应用前景。随着世界航天工业的发展，高效率化合物半导体太阳能电池，广泛受到学术界和产业界的重视。

目前主流的空间用太阳电池，均采用Ge或者GaAs作为衬底材料，具有一定厚度的衬底（150μm左右）具有重量大，不可弯曲，易破碎等缺点，而且这种刚性的衬底更多的起到机械支撑的作用，必须成为独立的组件而并不能为飞行器提供动力。在火箭的运载能力一定的情况下，电源组件占有的空间越大，质量越大，就越会增加火箭额外的负担。并且刚性的衬底具有易破碎的缺点，增大了整个组件乃至整个供电系统的不稳定性。

芯片工艺采用wafer-bonding工艺，将电池倒过来bonding在Si片上，最后腐蚀掉衬底。这些工艺最后并不能减少原来衬底的固有缺点。而在一定程度上增加了上述不利因素，因为作为转移衬底的Si片，厚度往往会比原来的Ge或者GaAs衬底更厚，所以重量会反而会增大。并且Si片作为转移衬底，也是刚性的材料。而一些柔性的衬底材料，往往是绝缘体，所以正负电极只能制作在同侧，在吸光面电极增多，影响了太阳电池的光吸收，降低了太阳电池的转换效率。

发明内容

针对现有技术上的缺陷，本发明目的是提供一种可弯曲、不易破碎的柔性多结GaAs太阳电池。

本发明包括柔性衬底、上电极、下电极和由底电池、中电池、顶电池构成的电池外延结构，所述柔性衬底设置在电池外延结构的底电池背面，所述下电极设置在柔性衬底的另一面，在电池外延结构的顶电池上面设置两个上电极，在所述两个上电极之间设置减反射膜。

本发明具有一定的柔韧性，能够更好的节省空间。使用一种方法，在柔性衬底上制作出图形，并且通过金属使整个电池结构上下导通，在保持柔性的基础上可以直接应用于目前成熟的封装技术，并且适用于不同形状的组件。制成器件后，整个器件是柔性可弯曲的。可以适应不同形状的表面。与器件一起，成为一个整体，大大节省了整个系统的空间。

本发明另一目的是提出以上柔性多结GaAs太阳电池的一种生产方法。

本发明生产方法包括以下步骤：

1）准备柔性衬底：

先在第二衬底N性GaAs上采用旋涂方法涂覆聚酰亚胺层；

然后在聚酰亚胺层上面涂覆光刻胶，再将半制品曝光、显影、冲水后，用KOH水溶液对聚酰亚胺层进行腐蚀，以在聚酰亚胺涂层上面制作出了图形通孔；

再将在聚酰亚胺涂层上面制作出了图形通孔的制品经120℃～230℃固化后降温，取得形状态稳定的、具有图形通孔的柔性衬底；

在形状态稳定的、具有图形通孔的柔性衬底上面，采用电子束蒸镀方法填充入金属层，使金属布满整个聚酰亚胺涂层外表面；

2）准备同样键合金属的由底电池、中电池和顶电池构成的电池外延结构，并在顶电池外侧制作第一电池衬底；

3）在电池外延结构的底电池背部，依次通过蒸镀Ti、Pt和Au层，将电池外延结构与布满整个聚酰亚胺涂层外表面的金属层键合；

4）在键合后的金属层表面采用PECVD方法沉积Si₃N₄，再采用碱性腐蚀液去除电池外延结构上的第一电池衬底；

5）在电池外延结构的顶电池上完成两个上电极和减反射膜的制作，取得芯片；

6）将制成的芯片采用光刻胶在第二衬底上粘结Si片，然后再以碱性腐蚀液去除第二衬底。

本发明利用两种具有不同粘度液态的聚酰亚胺，采用不同的速度旋涂，利用不同种类聚酰亚胺具有不同粘度的特性，涂覆一定厚度的聚酰亚胺层。固化后得到一种状态稳定的柔性衬底代替了原有的不可弯曲的衬底；这种柔性的衬底，既有一定的机械强度，又有一定的柔性。即能起到支撑的作用，又可以使整个器件不容易破碎。柔性衬底在旋涂后，通过光刻掩膜，等离子体去胶，碱性溶液腐蚀的技术，在一定厚度的柔性衬底上面，制作出了有规律的图形通孔。此通孔可以在中间采用电子束蒸镀技术填充入金属，使整个电池结构成为上下导通的垂直结构。由于具有垂直通孔，可以采用上下电极结构。减少由于衬底为绝缘材料，导致电极只能制作在同侧，从而减少了电池有效吸光面积的缺点。本发明再利用金属键合技术，将蒸镀有金属键合层的太阳电池与具有柔性衬底的第二衬底键合在一起，最后形成设计需要的产品。