[发明专利]一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其特征在于，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底、砷化镓太阳电池材料、金属电极、减反射膜，其制备方法包括：键合金属层制备、外延键合、临时键合、器件制作，所述应力匹配柔性支撑衬底为线膨胀系数低于11×10^‑6/℃的金属薄膜或耐高温聚合物薄膜，与砷化镓太阳电池材料热力学性能匹配良好。所制备的砷化镓太阳电池翘曲小、平整度好、可焊性高、易于太阳电池组件的研制，空间应用可靠性高。

技术领域

本发明涉及轻质柔性砷化镓太阳电池技术领域，具体涉及一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法。

背景技术

太阳电池是各种空间飞行器不可或缺的重要组成部分，是能量收集、高效转换和使用等电源分系统的关键部件，其性能的优劣严重制约着整个系统的信息收集能力、机动作战能力、工作寿命、可靠性等。空间技术发展及昂贵的航天发射成本迫切要求极大地降低太阳电池重量、提高光电转换效率和增强其可靠性。

随着光伏电池技术发展，空间太阳电池阵在结构方面已从刚性太阳电池阵发展至柔性太阳电池阵，电池阵重量比功率已提升至200W/kg，但由于受限于砷化镓太阳电池单体本身重量限制，难以满足大功率、多功能飞行器研制对300W/kg以上重量比功率太阳电池阵的需求，通过计算，以现有外延技术水平，对外延生长的多结砷化镓进行薄膜化、柔性化器件工艺制程，制作重量比功率大于2000W/kg的薄膜砷化镓太阳电池，可实现300W/kg以上重量比功率太阳电池阵的研制目标。

基于此，近年来，国内外各单位开展薄膜砷化镓太阳电池的研制，如中国专利申请201620949232.6公开的一种锗基砷化镓多结柔性薄膜太阳电池、中国专利申请201610062060.5公开的高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池及其制备方法；中国专利申请201210378163.4公开的砷化镓薄膜多结叠层太阳电池的制备方法等。以上专利要么采用Ge衬底减薄或GaAs衬底腐蚀的方式制备薄膜砷化镓太阳电池，其支撑衬底采用PI、PET、PEN、玻璃、不锈钢以、PTFE及聚酯膜等材料，其制作的薄膜砷化镓电池受其支撑衬底膨胀系数限制，电池存在翘曲较大、柔韧性差、热压扩散焊接性能差等缺点，难以满足后续电池阵制作及行业应用要求。中国专利申请201510291455.8公开的一种高效柔性砷化镓太阳电池及制备方法采用柔性的铜/钼/铜合金衬底支撑减薄的砷化镓电池材料制作柔性砷化镓太阳电池，其优点在于该结构电池应力匹配良好，但其制作工艺与传统砷化镓电池器件工艺兼容性差，从而限制其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，以解决现有薄型砷化镓太阳电池翘曲度大、柔韧性差、可焊性差、空间稳定性差、工艺兼容性差等问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底、砷化镓太阳电池材料、金属电极和减反射膜；所述制备方法包括以下步骤：

步骤1：键合金属层制备：分别在砷化镓太阳电池材料背光面和应力匹配柔性支撑衬底上制作键合金属层；

步骤2：外延键合：将砷化镓太阳电池材料和应力匹配柔性支撑衬底的键合金属层叠合在一起并进行键合；

步骤3：临时键合：将外延键合后的应力匹配柔性支撑衬底与临时支撑衬底叠合在一起并进行键合；

步骤4：器件制作：在砷化镓太阳电池材料受光面制作金属电极和减反射膜，剥离临时支撑衬底后制得应力平衡薄型砷化镓太阳电池。

上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述应力匹配柔性支撑衬底的平均线膨胀系数低于11×10^-6/℃，其厚度低于50μm。

上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述应力匹配柔性支撑衬底的材质为金属薄膜、耐高温聚合物薄膜中的任意一种。