CN104505406A - 一种GaAs双面薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GaAs双面薄膜太阳能电池，包含一个电池单元，或由多个电池单元组成的阵列，每个电池单元包括背电极层、器件层和栅电极层，栅电极层具有第一栅线结构，背电极层具有第二栅线结构，器件层与背电极层之间设置有第一减反膜层，器件层与栅电极层之间设置有第二减反膜层，电池单元的形状为正六边形或矩形。本发明实现了GaAs薄膜太阳能电池的双面受光，减少了光损失，光电转换效率更高；正六边形或矩形的太阳能电池间可实现小间隙甚至无缝拼接成电池阵列，提高了单位面积太阳能电池阵列的能量密度，进而提高了单位面积太阳能电池阵列的输出功率，并显著降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，具体地说涉及一种GaAs双面薄膜太阳能电池，属于太阳能电池制造技术领域。
背景技术
随着人类工业文明的迅速发展，石化燃料成为稀缺资源，随着时间的推移将消耗殆尽，而且石化燃料在燃烧过程中会产生大量毒害气体及固体悬浮颗粒，对环境造成了严重破坏，因此开发具有环保价值的新能源成为刻不容缓的事情。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能量来源，且具有不受地域限制、可实现光伏系统模块化的特点，所以成为了最受青睐的研究对象。
作为人类未来能源的希望，科学家们正致力于开发不同材料的太阳能电池，其中最具代表性的是GaAs太阳能电池，GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙与太阳光谱的匹配较适合，与硅太阳能电池等相比，具有更好的性能。从上世纪80年代以来，GaAs太阳电池技术经历了从LPE(液相外延)到MOCVD(化学气相沉积)，从同质外延到异质外延，从单结到多结叠层结构的几个发展阶段，其发展速度日益加快，光电转换效率也不断提高；目前，单结GaAs电池实验室最高效率已达到28.8％，远高于其他类型的太阳能电池；而且GaAs太阳能电池的应用领域也在不断扩展，由最初的空间应用逐步扩展到地面应用，在便携式能源、汽车电子、消费电子等领域都有着非常大的发展空间。在GaAs太阳能电池中，柔性GaAs薄膜太阳能电池具有质量轻、易附形、光电转换效率高等特点，已逐渐成为近年来太阳能应用方面的重点产品。
从结构上来讲，GaAs薄膜太阳能电池通常至少包括支撑层、背电极层、实现光电转换的GaAs电池层和栅电极层；其一般采用外延剥离(EpitaxialLift Off,简写为ELO)技术制备，即，首先在衬底层外延生长一牺牲层，再在牺牲层上依次生长GaAs电池层、背电极层，然后通过刻蚀除去牺牲层，从而将GaAs电池层与衬底层剥离，再在背电极层上设置具有支撑功能的柔性支撑层，最后在剥除牺牲层后的GaAs电池层上制备栅电极层，再剥除柔性支撑层即得到GaAs薄膜太阳能电池。
对于GaAs薄膜太阳能电池而言，光电转换效率是评价其性能的重要指标；众所周知，GaAs薄膜太阳能电池只有栅电极层可以接收太阳光，而背电极层是整块金属板无法接收太阳光。所以，为了提高GaAs薄膜太阳能电池的光电转换效率，一方面需要提高电池本身对于所吸收光线的光电转换能力，另一方面则需要尽可能控制栅电极层接收多的入射太阳光，减少反射光的量。
为了解决增加入射光而减少反射光的问题，一般会考虑设置减反膜，通过减反膜的设置而减少太阳能电池对入射光在一定波长范围内的反射，但是由于减反膜本身不导电，所以在无烧结工艺的太阳电池制备工艺中不能将减反膜设置在金属电极与器件层之间。通常情况下，GaAs双面薄膜电池的电极和减反膜结构的设计和制备是理论上独立但实际工艺中会相互影响的，特别是在较为复杂的电极设计中，电极的高度和密度(间距)对减反膜的实际厚度会有影响，从而直接影响减反膜的减反射效果。
此外，但是现有技术中，GaAs衬底都是圆形片，位于其上的GaAs电池层的形状与衬底形状相同，也为圆形，圆形薄膜太阳能电池组成的太阳能电池阵列中相邻电池间的空隙大，导致电池阵列的能量密度低，不适用于对能量密度要求较高且空间有限的卫星、飞艇等领域；若剥离后再对GaAs电池层进行图形化，由于GaAs薄膜太阳能电池非常薄且脆，对其进行切割或剪裁极易对电池结构造成破坏导致效率降低，成本损失较大。
发明内容
为此，本发明所要解决的第一个技术问题在于现有技术中GaAs薄膜太阳能电池只有栅电极层可以接收太阳光，背电极无法接收太阳光，进而提供一种可双面受光并且能够提高薄膜太阳能电池的光电转换效率的GaAs双面薄膜太阳能电池。
本发明所要解决的第二个技术问题在于现有技术中GaAs薄膜太阳能电池形状为圆形，相邻电池间的空隙大，电池阵列的能量密度低，进而提供一种图形化的GaAs双面薄膜太阳能电池。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种GaAs双面薄膜太阳能电池单元，其包括背电极层、器件层和栅电极层，所述栅电极层具有第一栅线结构；所述背电极层具有第二栅线结构；所述器件层与所述背电极层之间设置有第一减反膜层，所述第一减反膜层设置在所述第二栅线结构的栅线之间；
所述器件层与所述栅电极层之间设置有第二减反膜层，所述第二减反膜层设置在所述第一栅线结构的栅线之间。
所述第一栅线结构包括设置在电池单元的一个或相对多个边缘的部分边缘主栅线。
所述第一栅线结构还包括设置在所述栅电极层内部的第一副栅线
所述第二栅线结构包括环绕所述电池单元边缘设置的边缘主栅线以及设置在所述边缘主栅线内部的第二副栅线。
进一步地，所述第二栅线结构还包括设置在所述边缘主栅线内部且沿所述太阳能电池单元对角线交叉设置的内部主栅线。
所述第一副栅线一端连接于所述部分边缘主栅线设置并延伸至与所述部分边缘主栅线对应的另一边；所述第二副栅线平行于所述边缘主栅线设置。
所述边缘主栅线的宽度为1-4mm；所述内部主栅线的宽度为0.5-4mm；所述第二副栅线的宽度为0.1-0.5mm，所述第二副栅线之间的间距为1-3mm。
所述部分边缘主栅线的宽度为1-4mm；所述第一副栅线的宽度为0.1-0.5mm，所述正面副栅线间的间距为1-3mm。
所述第一减反膜层为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为90-130nm，ZnS层的厚度为35-50nm；所述第二减反膜层为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为100-120nm，ZnS层的厚度为30-50nm。
所述器件层的厚度为2.8-4.0μm，沿远离所述背电极层的方向依次包括p型窗口层、p+背场层、p型基区层、n+发射层和n型窗口层。
所述太阳能电池单元为正六边形或矩形；所述正六边形电池单元的边长为2英寸或3英寸；所述矩形电池单元的对角线长度为4英寸或6英寸。
本发明还提供一种GaAs双面薄膜太阳能电池，包含一个所述的薄膜太阳能电池单元，或由多个所述的薄膜太阳能电池单元组成的阵列。
进一步地，所述阵列中各电池单元之间的间距大于100μm。
本发明还提供一种制备所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元的方法，包括如下步骤：
S1、自下而上依次在GaAs衬底层上制备缓冲层、牺牲层、器件层和背电极层；
S2、对所述背电极层进行刻蚀处理，形成边缘主栅线和第二副栅线；
S3、对所述边缘主栅线进行掩膜处理，在经掩膜处理后的背电极层上制备第一减反膜层；
S4、对所述第一减反膜层进行掩膜处理，然后按照设计的图形对所述第一减反膜层、背电极层和器件层进行图案化处理；
S5、在所述第一减反膜层远离所述GaAs衬底层的表面制备支撑层；
S6、除去所述牺牲层；
S7、在所述器件层远离所述支撑层的表面形成栅电极层，刻蚀所述栅电极层，形成部分边缘主栅线和第一副栅线；
S8、对所述部分边缘主栅线进行掩膜处理，在经掩膜处理后的栅电极层上制备第一减反膜层；
S9、去除所述支撑层。
步骤S4中所述的图案化处理的工艺为湿法刻蚀，刻蚀深度为2-12μm。
所述牺牲层(8)为AlxGa1-xAs。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元，包括背电极层、器件层和栅电极层，栅电极层具有第一栅线结构；背电极层具有第二栅线结构；并进一步在器件层与背电极层之间设置第一减反膜层，在器件层与栅电极层之间设置第二减反膜层，同时保证第一减反膜、第二减反膜层分别对应设置在第二栅线结构、第一栅线结构的栅线之间。本发明首次将背电极由常规的“整面金属”制作成为第二栅线结构，使光线可以由栅线结构的空隙进入器件层中，并结合第一减反膜层和第二减反膜层的设置，有效解决了光线的反射和漫反射问题，减少了光损失，提供了更多的光线进入器件层内部的通道，实现了栅线与电池单元外部有效的电连接，并开创了GaAs薄膜太阳能电池双面受光的技术先例；从而在整体上提高了GaAs薄膜太阳能电池的光电转换效率，根据数据显示，其光电转换效率可以达到普通GaAs薄膜太阳能电池的1.05倍，在雪地、垂直幕墙等领域有突出的表现；并且与现有的晶体硅双面太阳能电池相比，GaAs双面薄膜太阳能电池的重量更小，单位面积输出功率更大，并可根据实际需求制作为柔性双面薄膜太阳能电池。
(2)本发明所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元，第一栅线结构包括设置在电池单元的一个或相对多个边缘的部分边缘主栅线。部分边缘主栅线只设置在电池单元的一侧边，能够最大限度减小栅电极层对器件层的遮挡，让更多的光线进入器件层，进一步提高光电转换的效率；或者部分边缘主栅线设置在电池单元相对的多个边缘，能够在进行封装后提供稳定的支撑，并且可以从两端收集电流，缓解副栅线断裂后电流收集效率降低的问题；而且本发明所述的太阳能电池单元，除了其用于与外部实现导通的主栅线外，其余栅线均由减反膜覆盖，可有效缓解金属电极的氧化以及外部湿气等影响，在保证高效率的同时提高了GaAs薄膜太阳能电池的稳定性和环境适应性。
(3)本发明所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元，第二栅线结构包括环绕电池单元边缘设置的边缘主栅线以及设置在边缘主栅线内部的第二副栅线；由于GaAs薄膜太阳能电池单元厚度小且脆性高，易于破碎，第二主栅线环绕电池单元边缘一周，可以保护薄膜太阳能电池单元易碎的边缘，并对薄膜太阳能电池单元提供有效的支撑。
(4)本发明所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元，所述第二栅线结构还包括设置在边缘主栅线内部且沿所述太阳能电池单元对角线交叉设置的内部主栅线，内部主栅线可以进一步起到支撑所述太阳能电池单元的作用，并可起到收集电流的作用，提升了电流的收集能力。
(5)本发明所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元，边缘主栅线的宽度为1-4mm；内部主栅线的宽度为0.5-4mm；第二副栅线的宽度为0.1-0.5mm，第二副栅线之间的间距为1-3mm；部分边缘主栅线的宽度为1-4mm；第一副栅线的宽度为0.1-0.5mm，正面副栅线间的间距为1-3mm。较宽的主栅线可以提供良好的支撑性，副栅线的宽度和间距设置可以有效平衡副栅线对器件层的遮蔽和电流收集效率的矛盾。
(6)本发明所述的GaAs双面薄膜太阳能电池，包含一个薄膜太阳能电池单元或多个薄膜太阳能电池单元组成的阵列，薄膜太阳能电池单元为正六边形或矩形；由于正六边形或矩形的太阳能电池单元之间的间隙可以很小，甚至可实现无缝拼接，因此由正六边形或矩形的太阳能电池单元组成的阵列有效提高了太阳能电池的能量密度，进而提高了太阳能电池的输出功率，特别适用于面积有限且能量密度要求高技术领域；同时，正六边形或矩形的太阳能电池产品良率高，降低了生产成本。
(7)本发明所述的制备GaAs双面薄膜太阳能电池单元的方法，对第一减反膜层、器件层和背电极层进行图案化处理时，刻蚀深度止于所述牺牲层的上表面，从而可以露出所形成的图案以外的部分牺牲层，在后续选择性腐蚀去除牺牲层的步骤中，增加了酸性腐蚀液与所述牺牲层的接触面积，从而加速了剥离进程；并且，薄膜太阳能电池的图形设计工艺在剥离所述牺牲层前就已完成，不会在衬底上形成任何图形，因此，衬底经处理后可反复循环使用。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述的双面薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2-9是本发明所述的双面薄膜太阳能电池制备过程示意图；
图10是正六边形单片电池的正面示意图；
图11是正六边形单片电池的背面示意图；
图12是正六边形电池阵列的正面示意图；
图13是矩形单片电池的正面示意图；
图14是矩形单片电池的背面示意图。
图中附图标记表示为：1-背电极层；2-器件层；21-p型窗口层；22-p+背场层；23-p型基区层；24-n+发射层；25-n型窗口层；26-p型欧姆接触层；27-n型欧姆接触层；3-栅电极层；4-第一减反膜层；5-第二减反膜层；6-GaAs衬底层；7-缓冲层；8-牺牲层；9-支撑层；10-连接层；11-部分边缘主栅线；12-第一副栅线；13-边缘主栅线；14-内部主栅线；15-第二副栅线。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种GaAs双面薄膜太阳能电池，如图1和图13-14所示，为矩形薄膜太阳能电池单元，所述矩形电池单元的对角线长度为4英寸或6英寸；其包括，背电极层1、器件层2和栅电极层3；
所述栅电极层3具有第一栅线结构，所述第一栅线结构包括设置在电池单元一个侧边的部分边缘主栅线11，所述部分边缘主栅线11仅设置于电池单元一个侧边即得到了良好的电流收集效率，还包括设置在所述栅电极层3内部的、一端连接于所述部分边缘主栅线11设置并延伸至所述电池单元的另一边的第一副栅线12；所述部分边缘主栅线11的宽度为1mm；所述第一副栅线12的宽度为0.1mm，所述第一副栅线12间的间距为2mm。
所述背电极层1具有第二栅线结构；所述第二栅线结构包括环绕所述电池单元边缘设置的边缘主栅线13以及设置在所述边缘主栅线13内部的第二副栅线15，所述第二副栅线15平行于所述边缘主栅线13设置；所述边缘主栅线13的宽度为1mm；所述第二副栅线15的宽度为0.1mm，所述第二副栅线15之间的间距为2mm。
所述器件层2与所述背电极层1之间设置有第一减反膜层4，所述第一减反膜层设置在所述第二栅线结构的栅线之间，即不遮挡所述部分边缘主栅线11；所述第一减反膜层4为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为120nm，ZnS层的厚度为45nm。
所述器件层2与所述栅电极层3之间设置有第二减反膜层5，所述第二减反膜层设置在所述第一栅线结构的栅线之间，即不遮挡所述边缘主栅线；所述第二减反膜层5为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为110nm，ZnS层的厚度为40nm。
所述器件层2的厚度为2.8μm，沿远离所述背电极层1的方向依次包括p型窗口层21、p+背场层22、p型基区层23、n+发射层24和n型窗口层25。
本实施例还提供一种制备所述GaAs双面薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤：
S1、如图2所示，自下而上依次在GaAs衬底层6上外延生长缓冲层7、牺牲层8、GaAs n型欧姆接触层27、器件层2、GaAs p型欧姆接触层26，采用电子束蒸发的方法在所述器件层2的表面制备背电极层1，用丙酮、乙醇和去离子水清洗所形成的半成品，并用氮气吹扫；本实施例中，所述背电极层1优选为Ti/Au层，所述牺牲层8优选为AlxGa1-xAs；
S2、如图3所示，采用光刻掩膜和湿法腐蚀的方法刻蚀所述背电极层1，去除一部分背电极层1和下方的p型欧姆接触层26，形成背面边缘边缘主栅线13和第二副栅线15，本实施例中湿法腐蚀的刻蚀溶液依次为KI+I2溶液，稀HF溶液，H2SO4+H2O2+H2O溶液和NH3·H2O+H2O2+H3PO4+H2O溶液；
S3、对所述边缘主栅线13表面制备进行掩膜处理，所述掩膜处理的掩膜层选自但不限于光刻胶、胶带、蜡等耐酸碱腐蚀的材料，本实施例中，优选为光刻胶，其厚度为40μm，在经掩膜处理后的背电极层1采用电子束蒸发的方法沉积第一减反膜层4，然后除去所述掩膜；
S4、如图4所示，按照设计的图形对所述第一减反膜层4远离所述GaAs衬底层6的表面进行掩膜处理，并采用刻蚀工艺对所述第一减反膜层4、背电极层1和器件层2进行图案化处理，所述掩膜处理的掩膜层选自但不限于光刻胶、胶带、蜡等耐酸碱腐蚀的材料，本实施例中，优选为光刻胶，其厚度为60μm；本实施例中，图形掩膜层为矩形，刻蚀工艺为湿法刻蚀，刻蚀溶液依次为KI+I2溶液，稀HF溶液，H2SO4+H2O2+H2O溶液和NH3·H2O+H2O2+H3PO4+H2O溶液；
S5、如图5所示，将所述图形掩膜层去掉，清洗，然后通过连接层10在所述第一减反膜层4远离所述GaAs衬底层6的表面粘结一支撑层9，本实施例中，所述连接层10优选为光刻胶；所述支撑层9选自但不限于硅片、聚四氟板、玻璃和PET膜中的一种，本实施例优选为硅片；
S6、如图6所示，将由步骤S5得到的样品放入质量浓度为50％的HF溶液中，腐蚀5小时，除去所述牺牲层8；本步骤中，剥离得到的GaAs衬底清洗后可以循环使用。
S7、如图7所示，在所述器件层2远离所述支撑层9的表面通过电子束蒸发的方法形成栅电极层3，采用光刻掩膜和湿法腐蚀的方法刻蚀所述栅电极层3，去除一部分所述栅电极层3和其下方的n型欧姆接触层27，形成部分边缘主栅线11和第一副栅线12，所述栅电极层3优选为Au/Ge/Ni/Au层，所述湿法腐蚀的刻蚀溶液依次为KI+I2溶液，稀HF溶液，H2SO4+H2O2+H2O溶液，NH3·H2O+H2O2+H3PO4+H2O溶液；
S8、如图8所示，对所述部分边缘主栅线11表面进行掩膜处理，所述掩膜处理的掩膜层选自但不限于光刻胶、胶带、蜡等耐酸碱腐蚀的材料，本实施例中，优选为光刻胶，其厚度为40μm，在经掩膜处理后的栅电极层3采用磁控溅射的方法制作第二减反膜层5，然后除去所述掩膜；
S9、如图9所示，将步骤S8中得到的样品用有机溶剂将所述光刻胶溶解，即将薄膜太阳能电池单元与所述硅片分离，得到图形化的GaAs双面薄膜太阳能电池单元。
使用时需将所述GaAs双面薄膜太阳能电池用柔性材料进行封装。
实施例2
本实施例提供一种GaAs双面薄膜太阳能电池，如图1和图10-12所示，为由正六边形薄膜太阳能电池单元组成的阵列，所述正六边形薄膜太阳能电池单元的边长为2英寸，所述阵列中相邻两个正六边形电池单元的间距为500μm，每个所述薄膜太阳能电池单元包括，背电极层1、器件层2和栅电极层3；
所述栅电极层3具有第一栅线结构，所述第一栅线结构包括设置在电池单元相对两个侧边的部分边缘主栅线11，所述部分边缘主栅线11仅设置于电池单元两个侧边即得到了良好的电流收集效率，还包括设置在所述栅电极层3内部的、一端连接于所述部分边缘主栅线11设置并延伸至所述电池单元的另一边的第一副栅线12；所述部分边缘主栅线11的宽度为1mm；所述第一副栅线12的宽度为0.1mm，所述第一副栅线12间的间距为2mm。
所述背电极层1具有第二栅线结构，所述第二栅线结构包括环绕所述电池单元边缘设置的边缘主栅线13以及设置在所述边缘主栅线13内部且沿所述太阳能电池单元对角线交叉设置的内部主栅线14、设置在所述边缘主栅线13内部的第二副栅线15，所述第二副栅线15平行于所述边缘主栅线13设置；所述边缘主栅线13的宽度为1mm；所述内部主栅线14的宽度为0.5mm；所述第二副栅线15的宽度为0.1mm，所述第二副栅线15之间的间距为2mm。
所述器件层2与所述背电极层1之间设置有第一减反膜层4，所述第一减反膜层设置在所述第二栅线结构的栅线之间，即不遮挡所述部分边缘主栅线11；所述第一减反膜层4为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为120nm，ZnS层的厚度为45nm。
所述器件层2与所述栅电极层3之间设置有第二减反膜层5，所述第二减反膜层设置在所述第一栅线结构的栅线之间，即不遮挡所述边缘主栅线；所述第二减反膜层5为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为110nm，ZnS层的厚度为40nm。
所述器件层2的厚度为2.8μm，沿远离所述背电极层1的方向依次包括p型窗口层21、p+背场层22、p型基区层23、n+发射层24和n型窗口层25。
本实施例还提供一种制备所述GaAs双面薄膜太阳能电池单元的方法，包括如下步骤：
S1、如图2所示，自下而上依次在GaAs衬底层6上外延生长缓冲层7、牺牲层8、GaAs n型欧姆接触层27、器件层2、GaAs p型欧姆接触层26，采用电子束蒸发的方法在所述器件层2的表面制备背电极层1，用丙酮、乙醇和去离子水清洗所形成的半成品，并用氮气吹扫；本实施例中，所述背电极层1优选为Ti/Au层，所述牺牲层8优选为AlxGa1-xAs；
S2、如图3所示，采用光刻掩膜和湿法腐蚀的方法刻蚀所述背电极层1，去除一部分背电极层1和下方的p型欧姆接触层26，形成边缘主栅线13、内部主栅线14和第二副栅线15，本实施例中湿法腐蚀的刻蚀溶液依次为KI+I2溶液，稀HF溶液，H2SO4+H2O2+H2O溶液和NH3·H2O+H2O2+H3PO4+H2O溶液；
S3、对所述边缘主栅线13表面制备进行掩膜处理，所述掩膜处理的掩膜层选自但不限于光刻胶、胶带、蜡等耐酸碱腐蚀的材料，本实施例中，优选为光刻胶，其厚度为40μm，在经掩膜处理后的背电极层1采用电子束蒸发的方法沉积第一减反膜层4，然后除去所述掩膜；
S4、如图4所示，按照设计的图形对所述第一减反膜层4远离所述GaAs衬底层6的表面进行掩膜处理，并采用刻蚀工艺对所述第一减反膜层4、背电极层1和器件层2进行图案化处理，所述掩膜处理的掩膜层选自但不限于光刻胶、胶带、蜡等耐酸碱腐蚀的材料，本实施例中，优选为光刻胶，其厚度为60μm；本实施例中，所述掩膜层为正六边形，刻蚀工艺为湿法刻蚀，刻蚀溶液依次为KI+I2溶液，稀HF溶液，H2SO4+H2O2+H2O溶液，NH3·H2O+H2O2+H3PO4+H2O溶液；
S5、如图5所示，将所述图形掩膜层去掉，清洗，然后通过连接层10在所述第一减反膜层4远离所述GaAs衬底层6的表面粘结一支撑层9，本实施例中，所述连接层优选为光刻胶；所述支撑层9选自但不限于硅片、聚四氟板、玻璃和PET膜中的一种，本实施例优选为硅片；
S6、如图6所示，将由步骤S5得到的样品放入质量浓度为50％的HF溶液中，腐蚀5小时，除去所述牺牲层8；本步骤中，剥离得到的GaAs衬底清洗后可以循环使用。
S7、如图7所示，在所述器件层2远离所述支撑层9的表面通过电子束蒸发的方法形成栅电极层3，采用光刻掩膜和湿法腐蚀的方法刻蚀所述栅电极层3，去除一部分所述栅电极层3和其下方的n型欧姆接触层27，形成部分边缘主栅线11和第一副栅线12，所述栅电极层3优选为Au/Ge/Ni/Au层，所述湿法腐蚀的刻蚀溶液依次为KI+I2溶液，稀HF溶液，H2SO4+H2O2+H2O溶液，NH3·H2O+H2O2+H3PO4+H2O溶液；
S8、如图8所示，对所述部分边缘主栅线11表面进行掩膜处理，所述掩膜处理的掩膜层选自但不限于光刻胶、胶带、蜡等耐酸碱腐蚀的材料，本实施例中，优选为光刻胶，其厚度为40μm，在经掩膜处理后的栅电极层3采用磁控溅射的方法制作第二减反膜层5，然后除去所述掩膜；
S9、如图9所示，将步骤S8中得到的样品用有机溶剂将所述光刻胶溶解，即将薄膜太阳能电池单元与所述硅片分离，得到图形化的GaAs双面薄膜太阳能电池单元。
使用时需将所述GaAs双面薄膜太阳能电池用柔性材料进行封装。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (16)
1.一种GaAs双面薄膜太阳能电池单元，其包括背电极层(1)、器件层(2)和栅电极层(3)，所述栅电极层(3)具有第一栅线结构；
其特征在于，
所述背电极层(1)具有第二栅线结构；
所述器件层(2)与所述背电极层(1)之间设置有第一减反膜层(4)，所述第一减反膜层设置在所述第二栅线结构的栅线之间；
所述器件层(2)与所述栅电极层(3)之间设置有第二减反膜层(5)，所述第二减反膜层设置在所述第一栅线结构的栅线之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一栅线结构包括设置在电池单元的一个或相对多个边缘的部分边缘主栅线(11)。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一栅线结构还包括设置在所述栅电极层(3)表面的第一副栅线(12)。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第二栅线结构包括环绕所述电池单元边缘设置的边缘主栅线(13)以及设置在所述边缘主栅线(13)内部的第二副栅线(15)。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第二栅线结构还包括设置在所述边缘主栅线(13)内部且沿所述太阳能电池单元对角线交叉设置的内部主栅线(14)。
6.根据权利要求3或4所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一副栅线(12)一端连接所述部分边缘主栅线(11)设置并延伸至与所述部分边缘主栅线(11)对应的另一边；所述第二副栅线(15)平行于所述边缘主栅线(13)设置。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述边缘主栅线(13)的宽度为1-4mm；所述内部主栅线(14)的宽度为0.5-4mm；所述第二副栅线(15)的宽度为0.1-0.5mm，所述第二副栅线(15)之间的间距为1-3mm。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述部分边缘主栅线(11)的宽度为1-4mm；所述第一副栅线(12)的宽度为0.1-0.5mm，所述第一副栅线(12)间的间距为1-3mm。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述第一减反膜层(4)为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为90-130nm，ZnS层的厚度为35-50nm；所述第二减反膜层(5)为MgF2/ZnS双减反膜层，其中，MgF2层的厚度为100-120nm，ZnS层的厚度为30-50nm。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述器件层(2)的厚度为2.8-4.0μm，沿远离所述背电极层(1)的方向依次包括p型窗口层(21)、p+背场层(22)、p型基区层(23)、n+发射层(24)和n型窗口层(25)。
11.根据权利要求6-10任一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，所述太阳能电池单元为正六边形或矩形；所述正六边形电池单元的边长为2英寸或3英寸；所述矩形电池单元的对角线长度为4英寸或6英寸。
12.一种GaAs双面薄膜太阳能电池，其特征在于，包含一个权利要1-9任一所述的薄膜太阳能电池单元，或
由多个权利要求1-9任一所述的薄膜太阳能电池单元组成的阵列。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，所述阵列中各电池单元之间的间距大于100μm。
14.一种制备如权利要求1-11任一项所述的GaAs双面薄膜太阳能电池单元的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、自下而上依次在GaAs衬底层(6)上制备缓冲层(7)、牺牲层(8)、器件层(2)和背电极层(1)；
S2、对所述背电极层(1)进行刻蚀处理，形成边缘主栅线(13)和第二副栅线(15)；
S3、对所述边缘主栅线(13)进行掩膜处理，在经掩膜处理后的背电极层(1)上制备第一减反膜层(4)；
S4、对所述第一减反膜层(4)进行掩膜处理，然后按照设计的图形对所述第一减反膜层(4)、背电极层(1)和器件层(2)进行图案化处理；
S5、在所述第一减反膜层(4)远离所述GaAs衬底层(6)的表面制备支撑层(9)；
S6、除去所述牺牲层(8)；
S7、在所述器件层(2)远离所述支撑层(9)的表面形成栅电极层(3)，刻蚀所述栅电极层(3)，形成部分边缘主栅线(11)和第一副栅线(12)；
S8、对所述部分边缘主栅线(11)进行掩膜处理，在经掩膜处理后的栅电极层(3)上制备第一减反膜层(5)；
S9、去除所述支撑层。
15.根据权利要求14所述的制备GaAs双面薄膜太阳能电池单元的方法，其特征在于，步骤S4中所述的图案化处理的工艺为湿法刻蚀，刻蚀深度为2-12μm。
16.根据权利要求15所述的制备GaAs双面薄膜太阳能电池单元的方法，其特征在于，所述牺牲层(8)为AlxGa1-xAs。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190717 Address after: 215614, Shuanglong Village, Fenghuang Town, Suzhou, Jiangsu, Zhangjiagang Patentee after: SUZHOU JUZHEN PHOTOELECTRIC Co.,Ltd. Address before: Shuanglong Village Phoenix Town Zhangjiagang city Suzhou city Jiangsu province 215614 (Suzhou Ming photoelectric Co. Ltd.) Patentee before: SUZHOU QIANGMING PHOTOELECTRIC Co.,Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A GaAs double-sided thin film solar cell Effective date of registration: 20211029 Granted publication date: 20170825 Pledgee: Bank of China Limited Zhangjiagang branch Pledgor: SUZHOU JUZHEN PHOTOELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2021980011576 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20221018 Granted publication date: 20170825 Pledgee: Bank of China Limited Zhangjiagang branch Pledgor: SUZHOU JUZHEN PHOTOELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2021980011576 |