專利名稱：一種三層太陽電池增透膜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用in-v族化合物太陽電池的減反射膜，具體是可廣泛應用于
GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電池的一種三層太陽電池增透膜及其制備方法。
背景技術：
太陽電池是把光能轉換為電能的光電子器件，它的光電轉換效率定義為總 輸出功率與入射到太陽電池表面的太陽光總功率的比值，在有關光轉換效率損 失的物理過程中，反射損失尤為重要，它降低了太陽電池單位面積入射的光子 數，導致太陽電池電流密度降低，從而影響電池的能量轉換效率。為提高電池 的光電轉換效率，應減少電池表面光的反射損失，增加光的透射。因此減反射 膜的設計直接影響著太陽電池對入射光的反射率，對太陽電池效率的提高起著 非常童要的作用。
太陽電池入射光譜根據其應用環(huán)境可以分為AM0和AMI. 5兩種情況，無論 哪種光譜，太陽光子波長分布主要在500 700nm，減反射膜的中心透射波長選 擇在此波段范圍內，同時需兼顧400 1200nni之間的光子透身t率。減反射膜可 選用單層或多層減反射膜，減反射的效果決定于各層減反射膜的折射率及厚度。 單層減反射膜是利用光在減反射旗的辨?zhèn)忍幤ど涔獯嬖谖幌嗖畹母缮嬖_ 到減反射效果，可利用菲涅耳公式求得反射率；對于多層膜系，可以在其中任 取一層，把上面各層膜等效為一個界面，把下面各層膜也等效為一個界面，則 整個系統(tǒng)等效為一個單層膜，可求出多層膜系的等效菲涅耳系數，從而求出反射率。
目前，常用于減反射的鍍膜材料主要有MgF2、 ZnS、 Ti02、 Ta205、 Si。2和Si3N4 等，太陽電池所用的減反射膜必須滿足如下要求在應用波段范圍吸收最小； 有良好的光學和化學穩(wěn)定性；與窗口層的結合性和牢固度好；保證多層膜之間、 膜與太陽電池基體之間的折射率相匹配；同時對于產業(yè)化生產還需要兼顧到制 備工藝簡單和成本低廉等要求。單層增透膜是最簡單的膜系，但是單層膜的增 透能力受材料本身的限制，不能達到很高，同時，它僅對單一波長具有較好的 減反增透效果，而對于太陽能電池需要在較寬范圍內(約400 1200nm波段)消 餘剩余反射，這就需婆制備多層寬帶增透膜系。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提出一種三層太陽電池增透膜及其制備方法， 減反射蒸鍍和退膜工藝簡單、減反射膜穩(wěn)定性好、400 1200nm波段太陽光譜在 電池表面平均透射率大于98%。
本發(fā)明的一種三層太陽電池增透膜，其特征在于在GalnP/GalnAs/Ge多 結太陽電池上依次層疊減反射膜組成復合光學薄膜，第一層減反射膜是折射率 為3.15 3. 45的AlGalnP薄膜，第二層減反射膜是折射率為2. 12 2. 18的Ta205 薄膜，第三層減反射膜是折射率為1. 37 1. 39的MgF2薄膜。
上述增透膜中，第一層減反射膜AlGalnP薄膜的厚度為30 40nm;第二層 減反射膜Ta2(V薄膜的厚度為60 80 nm;第三層減反射膜MgF2薄膜的厚度為90 120 n邁。
上述一種三層太陽電池增透膜的制備方法其步驟如下1) 在M0CVD系統(tǒng)中，生長完GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電池中的GalnP頂電池 發(fā)射極后，緊接著生長第一層減反射膜AlGalnP薄膜，生長溫度為630 670 。C，生長速率為0. 3 0. 5咖/s，生長厚度為30 40nm;
2) 在MOCVD系統(tǒng)中，緊接著生長一層GaAs蓋帽層，生長溫度為630 670°C， 生長速率為0. 3 0. 5nm/s，生長厚度為400 600nm;
3) 進行電池芯片制作，蒸鍍電極；
4) 進行電池芯片制作，刻蝕電極圖形并腐蝕掉電極之外的GaAs蓋帽層；
5) 在真空鍍膜機中，蒸鍍第二層減反射膜TaA薄膜，生長基片溫度為100 140°C，背景真空度大于10—5torr，生長速率為0. 1 0. 3nm/s，生長厚度為 60 80 nm;
6) 在真空鍍膜機中，蒸鍍第三層減反射膜MgF2薄膜，生長基片溫度為100 140 。C，背景真空度大于1(Ttorr,生長速率為0. 3 0. 5n邁/s,生長厚度為90 120 nni;
7) 用光刻膠蓋住電極外的部分，用濃氫氟酸溶液蝕刻電極上方的減反射膜，再 去掉光刻膠。
本發(fā)明適用m-V族化合物太陽電池，特別地適用于GalnP/GalnAs/Ge多太 陽電池，通過在多結太陽電池中的GalnP頂電池發(fā)射極依次層疊生成第一層反 射膜為AlGalnP薄膜、第二層反射膜為化205薄膜、第三層反射膜為MgF2薄膜， 本發(fā)明所選的三層反射膜在應用波段范圍吸收小，有良好的光學和化學穩(wěn)定性， 與電池基體材料的結合性和牢固度好，折射率相匹配，同時制備工藝簡單，在 400 1200mn波段太陽光譜在電池表面平均透射率大于98%。


圖1是本發(fā)明三層太陽電池減反射膜結構示意圖。
圖2a至圖2f是本發(fā)明三層太陽電池減反射膜制備工藝流程簡圖。 圖中
100: GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電池；110:第一層減反射膜AlGalnP薄膜；
120: GaAs蓋帽層； 130:金屬電極；
200:第二層減反射膜Ta20s薄膜； 300:第三層減反射膜MgF2薄膜；
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖1所示的一種三層太陽電池增透膜，在GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電 池100上依次層疊減反射膜組成復合光學薄膜，第一層減反射膜AlGalnP薄膜 110的折射率為3.25、厚度為40nm;第二層減反射膜1&205薄膜200的折射率為 2.15、厚度為70 nm ;第三層減反射膜MgF2薄膜300的折射率為1. 38、厚度為 105n邁。
本發(fā)明的一種三層太陽電池增透膜的制備方法，其步驤如下 先在MOCVD系統(tǒng)中，生長GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電池直至GalnP頂電 池發(fā)射極100;在MOCVD系統(tǒng)中，如圖2a所示，在GalnP/GalnAs/Ge多結太陽 電池100之上生長AlGalnP薄膜110做為第一層減反射膜，它同時起到頂電池 窗口層的作用，生長溫度為64(TC，生長速率為0.4nm/s,生長厚度為40nm。
在MOCVD系統(tǒng)中，如圖2b所泰，在GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電池110層 之上緊接著生長一層GaAs蓋帽層120，生長溫度為640°C，生長速率為0. 4nm/s, 生長厚度為500nm。如圖2c所示，進行電池芯片制作，蒸鍍電極130。如圖2d所示，腐蝕掉電極130之外的GaAs蓋帽層120。在真空鍍膜機中，如圖2e所示，蒸鍍第二層減反射膜Ta205薄膜200，生長基片溫度為12(TC，背景真空度大于1(THorr,生長速率為0. 2nm/s,厚度為70
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在真空鍍膜機中，如圖2f所示，蒸鍍第三層減反射膜MgF2薄膜300，生長基片溫度為12(TC，背景真空度大于10—5torr，生長速率為0. 4nm/s，厚度為105nm。
用光刻膠蓋住電極130外的部分，用濃氫氟酸溶液蝕刻電極130上方的減反射膜，再去掉光刻膠。
以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
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權利要求
1. 一種三層太陽電池增透膜，其特征在于在GaInP/GaInAs/Ge多結太陽電池上依次層疊減反射膜組成復合光學薄膜，第一層減反射膜是折射率為3.15～3.45的AlGaInP薄膜，第二層減反射膜是折射率為2.12～2.18的Ta2O5薄膜，第三層減反射膜是折射率為1.37～1.39的MgF2薄膜。
2. 如權利要求l所述的一種三層太陽電池增透膜，其特征在于第一層減反射 膜AlGalnP薄膜的厚度為30 40nm。
3. 如權利要求l所述的一種三層太陽電池增透膜，其特征在于第二層減反射 膜丁3205薄膜的厚度為60 80 nm。
4. 如權利要求l所述的一種三層太陽電池增透膜，其特征在于第三層減反射 膜MgF2薄膜的厚度為90 120 nm。
5. —種三層太陽電池增透膜的其制備方法，其步驟如下1) 在MOCVD系統(tǒng)中，生長完GalnP/GalnAs/Ge多結太陽電池中的GalnP頂電池 發(fā)射極后，緊接著生長第一層減反射膜AlGalnP薄膜，生長溫度為630 670 。C，生長速率為0.3 0.5nm/s，生長厚度為30 40rini;2) 在MOCVD系統(tǒng)中，緊接著生長一層GaAs蓋帽層，生長溫度為630 670°C ， 生長速率為0. 3 0. 5咖/s，生長厚度為400 600n邁；3) 進行電池芯片制作，蒸鍍電極；4) 進行電池芯片制作，亥!l蝕電極圖形并腐蝕掉電極之外的GaAs蓋帽層；5) 在真空鍍膜機中，蒸鍍第二層減反射膜Ta20s薄膜，生長基片溫度為100 140°C，背景真空度大于10—5torr，生長速率為0. 1 0. 3nm/s，生長厚度為 60 80 nm;6) 在真空鍍膜機中，蒸鍍第三層減反射膜MgF2薄膜，生長基片溫度為100 140。C，背景真空度大于KTtorr，生長速率為0. 3 0. 5nm/s，生長厚度為90 120 nm;7)用光刻膠蓋住電極外的部分，用濃氫氟酸溶液蝕刻電極上方的減反射膜，再 去掉光刻膠。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種三層太陽電池增透膜及其制備方法，適用III-V族化合物太陽電池，特別地適用于GaInP/GaInAs/Ge多結太陽電池，在GaInP/GaInAs/Ge多結太陽電池上依次層疊減反射膜組成復合光學薄膜，三層減反射膜的第一層是折射率為3.15～3.45的AlGaInP薄膜，第二層減反射膜是折射率為2.12～2.18的Ta₂O₅薄膜，第三層減反射膜是折射率約為1.37～1.39的MgF₂薄膜。本發(fā)明所選的三層反射膜在應用波段范圍吸收小，有良好的光學和化學穩(wěn)定性，與電池基體材料的結合性和牢固度好，折射率相匹配，同時制備工藝簡單，在400～1200nm波段太陽光譜在電池表面平均透射率大于98％。
文檔編號H01L31/0232GK101533861SQ200910019870
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權日2009年3月18日
發(fā)明者吳志強, 吳志敏, 林桂江, 黃生榮 申請人:廈門市三安光電科技有限公司