[发明专利]一种锗太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锗太阳能电池及其制备方法和应用，属于太阳能电池技术领域。本发明提供的锗太阳能电池，包括依次叠加设置的锗衬底和外延片；锗衬底远离外延片一侧表面，设置有沟槽；沟槽的设置方向与锗衬底的111晶向相交错。本发明的锗太阳能电池通过优化结构设计，能够实现常规刚性太阳能电池的球面弯曲，同时降低了传统锗太阳能电池的重量。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种锗太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

现有的太阳能电池主要有柔性薄膜类太阳能电池和刚性太阳能电池两大类。其中柔性太阳能电池可在一定程度上进行弯折，适用场景更广泛；但是通常来说，柔性太阳能电池的稳定性和抗辐射稳定性较差，性能衰减速率较高。

因此，考虑到太阳能电池的更换成本以及与现有航天器结构的匹配性，航天器上搭载的太阳能电池，通常为刚性太阳能电池。

在刚性太阳能电池中，锗三结太阳能电池的转化效率、抗辐射阈值高、性能衰减小等优势，但是锗太阳能电池还具有重量大、不能实现柔性等缺点有待改善。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锗太阳能电池，通过优化结构设计，能够实现常规刚性太阳能电池的球面弯曲，同时降低了传统锗太阳能电池的重量。

本发明还提出一种上述锗太阳能电池的制备方法。

本发明还提出一种具有上述锗太阳能电池的光伏供电系统。

本发明还提出一种具有上述锗太阳能电池的高空飞行器。

根据本发明的一个方面，提出了一种锗太阳能电池，包括依次叠加设置的锗衬底和外延片；

所述锗衬底远离所述外延片一侧表面，设置有沟槽；

所述沟槽的设置方向与所述锗衬底的（111）晶面相交错。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

（1）本发明提供的锗太阳能电池，相当于在沟槽设置位置进行了减薄处理，因此相较于不进行衬底处理的锗太阳能电池，减轻了重量，同时获得了一定的柔性，使其可进行一定程度的曲面弯曲；同时，又因为其具备了一定的柔性，因此在后期封装等工艺中，降低了破损几率。

（2）锗太阳能电池发生破裂的表层原因是：锗太阳能电池制备过程中，需经由溶液冲刷、抛动、超声、机械手臂取放等工序，这可能会使外延片发生暗裂；又因为每一层（外延层、衬底层等）的热膨胀系数不一样，因此在经受“合金步骤”高温时，锗太阳能电池的内应力增大，进而使外延片的暗裂扩大；

其发生破裂的主要因素是：锗衬底沿与（111）晶面交错的方向生长，（111）晶面是锗衬底的解理面，也就是加工或运输构成中最容易产生暗裂纹的方向，在合金步骤内应力的作用下，上述暗裂纹甚至可能沿（111）晶面，延伸至整个锗太阳能电池片，进而导致其报废；

本发明提供的锗太阳能电池，一方面锗衬底具有未设置沟槽的位置，能够有效阻挡暗裂的扩散，具体的，当暗裂遇到未设置沟槽的位置时，由于高度差的存在（和沟槽之间），暗裂的扩散方向会转而沿（111）晶面进行，而（111）晶面为锗晶体的滑移面，原子堆叠密集，化学键丰富，相对于（111）晶面，（111）晶面容易发生破裂；

另一方面，本发明设置沟槽的方向避开了锗衬底的（111）晶面，也就是提供了一种诱导弯曲方向，沿上述诱导弯曲方向弯曲时，（111）晶面所受到的张力较小，这相当于保护了锗衬底的最脆弱部位；同时，锗衬底上，未设置沟槽的部位，相当于为整个锗太阳能电池提供了骨架支撑，兼顾了其强度；

因此相较于整体减薄衬底、未处理锗衬底，或者沿锗衬底的（111）晶面设置沟槽形成的锗太阳能电池；本发明提供的锗太阳能电池的破片几率较低。