[发明专利]一种空间用GaAs太阳电池叠层减反射膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种空间用GaAs太阳电池叠层减反射膜及其制备方法与应用。所述减反射膜由TiO₂层、Si₃N₄层及SiO₂层多次交替堆叠而成，TiO₂层、Si₃N₄层及SiO₂层的光学厚度分别为各层对应材料参考波长的0.1～0.25倍；其中TiO₂层的折射率为2.5～2.7，Si₃N₄层的折射率为1.8～2.0，SiO₂层的折射率为1.4～1.6。所述减反射膜在宽光谱范围内与太阳光谱有较好的匹配性(300～1400nm范围内平均反射率低至6.71％)，同时对GaAs太阳电池表面有较好的钝化作用，减反射效果较常规的减反射膜体系有所提升。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种空间用GaAs太阳电池叠层减反射膜及其制备方法与应用。

背景技术

GaAs太阳能电池因其对光吸收系数大，抗辐射能力强、光电转化效率高等优点，已逐渐成为航空航天空间能源的重要组成部分，其理论最高效率可达49.7％，有效工作波段为300～1400nm。(SUN L,ZHANG M,FANG X,et al.Recent progress of High-EfficiencyIII-V multijunction Solar Cells[C]//Photovoltaic SpecialistsConference.IEEE,2014.Florida:Ampa,2013:6.3-6.8.http://10.1109/PVSC.2013.6745061.)。通常情况下，太阳光照射在电池表面会有40％左右的能量被反射掉，为了减少这部分反射损耗，目前应用最为广泛、也最为重要的一道工序是在GaAs太阳电池表面镀制减反射膜来降低电池表面反射率，提高光的吸收率，减少能量损耗，提高电池转换效率。

减反射膜可以降低太阳能电池正表面的光反射，增加光吸收，达到提高电池光电转换效率的目的，目前常见的减反射膜主要为Al₂O₃、MgF₂、HfO₂、SiO₂、TiO₂、Si₃N₄等多种高低折射率材料匹配而成，制备工艺有物理法如电子束蒸发沉积、磁控溅射，化学法如等离子体气相沉积等。由于宇宙空间领域环境不确定性较大，GaAs太阳电池在空间领域的应用工况变得日益恶劣，因此开发一种可以适应恶劣工况的减反射膜成为了该领域研究的重点。

公布号为CN108336179A的中国专利申请公开了一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，利用电子束热蒸发和离子源辅助沉积相结合，常温条件下在太阳电池衬底沉积机构为SiO₂(53nm)-TiO₂(90nm)的双层可控折射率的减反射薄膜，其可控范围分别为(2.2～2.25)TiO₂和1.44～1.46(SiO₂)。该专利所涉及的技术内容无法解决前文中所提出的技术问题，主要原因如下：1、空间太阳电池的主要材质是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，其材料特性与有机聚合物材料不同，电子束蒸发及离子源辅助沉积不可避免地会对半导体地结构带来损伤，导致太阳电池的光电转换效率受较大的影响。2、该组分薄膜的减反射效果在350-1800nm范围内震荡，平均反射率较高，宽光谱范围内与太阳电池的匹配性较差，实际应用中并无明确指导意义。