一种锗太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。同时降低了传统锗太阳能电池的重量。同时降低了传统锗太阳能电池的重量。

【技术实现步骤摘要】
一种锗太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种锗太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术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。
[0006]本专利技术还提出一种上述锗太阳能电池的制备方法。
[0007]本专利技术还提出一种具有上述锗太阳能电池的光伏供电系统。
[0008]本专利技术还提出一种具有上述锗太阳能电池的高空飞行器。
[0009]根据本专利技术的一个方面，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；
[0010]所述锗衬底远离所述外延片一侧表面，设置有沟槽；
[0011]所述沟槽的设置方向与所述锗衬底的(111)晶面相交错。
[0012]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0013](1)本专利技术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。
[0014](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；
[0015]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；
[0016]本专利技术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；
[0017]另一方面，本专利技术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；
[0018]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；本专利技术提供的锗太阳能电池的破片几率较低。
[0019](3)在锗多结太阳能电池中，锗衬底同时充当底电池，是电荷聚集、电流较高的富裕电池；具体的，受中、顶电池电流的影响，底电池的电流有一大部分被限制在晶体内部不能散发出去，只能转化为热量，这种累积的热量对锗太阳能电池是有害的，如果不能及时散发出去，会使整个锗太阳能电池的温度升高，热辐射加剧，从而影响其效率和寿命；
[0020]本专利技术在锗衬底上设置沟槽，相当于在底电池上设置了散热通道，增加了散热面积，进而提升了锗太阳能电池的性能和寿命；同时，设置沟槽，即减薄了锗衬底，进而降低了底电池中的电流、减少了发热。
[0021]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述沟槽的深度方向，与所述锗衬底的(110)晶面平行。
[0022]所述(110)晶面，是锗衬底的滑移面，是原子堆积密度最高的方向，因此形成的化学键更密集，产生暗裂纹(裂痕)所需能量就更多，因此最难以产生暗裂纹。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述沟槽的深度方向，垂直于所述锗太阳能电池最大面。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述沟槽的深度占所述锗太阳能电池厚度的70％～80％。
[0025]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述沟槽设置位置的锗太阳能电池，厚度15
‑
20μm。
[0026]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述沟槽设置位置的锗太阳能电池，厚度15μm。
[0027]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述沟槽的宽度，可根据所述锗太阳能电池的设计弯曲程度进行调节。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述外延片，包括自所述锗衬底开始，依次设置的中电池和顶电池。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，所述中电池，为InGaAs中电池。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，所述顶电池，为GaInP顶电池。
[0031]根据本专利技术的再一个方面，提出了所述锗太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1.在所述锗衬底表面生长所述外延片，并在所述外延片远离所述锗衬底一侧表面进行热蒸发增镀金属；
[0033]S2.对步骤S1所得部件，所述锗衬底远离所述外延片的一侧表面，依次进行第一次湿法腐蚀、干法刻蚀和第二次湿法腐蚀，形成所述沟槽；
[0034]S3.对步骤S2所得部件进行背金蒸镀处理，即得所述锗太阳能电池。
[0035]根据本专利技术的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0036](1)常规干法刻蚀，对待刻蚀位置的定位性较好，可有效避免湿法腐蚀中出现的侧腐蚀和形貌崩塌；但是，刻蚀介质通常采用等离子体，过程中，刻蚀介质可能会与待刻蚀部位发生化学或物理化学反应，生成晶格缺陷或固体颗粒，进而导致漏电等锗太阳能电池的缺陷；
[0037]常规湿法腐蚀，腐蚀速度可调；但是腐蚀方向各项同性，会发生侧腐蚀，对待刻蚀位置的定位性较差，可能会发生形貌崩塌的问题；同时，正因为方向各向同性，因此被腐蚀部位角度钝化，不易产生裂纹；
[0038]本专利技术中，设置了先湿法腐蚀、再干法刻蚀，最后再进行湿法腐蚀的刻蚀方法，加快了刻蚀速度，保证了刻蚀精度，同时避免了锗太阳能电池漏电等缺陷。
[0039](2)虽然在衬底与外延片接触的一侧表面设置沟槽，再生长外延片，也可形成具有一定柔性的锗太阳能电池，但是为满足外延片生长的要求，这种方法对沟槽形状、沟槽形成后衬底的光洁度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锗太阳能电池，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的锗太阳能电池，其特征在于，所述沟槽的深度方向，垂直于所述锗太阳能电池最大面。3.根据权利要求2所述的锗太阳能电池，其特征在于，所述沟槽的深度占所述锗太阳能电池厚度的70％～80％。4.根据权利要求1所述的锗太阳能电池，其特征在于，所述外延片，包括自所述锗衬底开始，依次设置的中电池和顶电池。5.一种如权利要求1～4任一项所述的锗太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在所述锗衬底表面生长所述外延片，并在所述外延片远离所述锗衬底一侧表面进行热蒸发增镀金属；S2.对步骤S1所得部件，所述锗衬底远离所述外延片的一侧表面，依次进行第一次湿法腐蚀、干法刻蚀和第二次湿法腐蚀，形成所述沟槽；S3.对步骤S2所得部件进行背金蒸镀处...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛文龙，杨文奕，刘建庆，吴倩，
申请(专利权)人：中山德华芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：