一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜，所述保護膜為Al2O3薄膜，通過原子層沉積技術制備置于接收器外層；接收器由覆銅陶瓷板、太陽能電池、肖特基二極管以及金線等元件組成，所述保護膜包覆所有元件與空氣接觸的外表面；Al2O3薄膜通過原子層沉積（ALD）方法制備，置于接收器上表面，覆蓋接收器表面的器件和電路；本發明通過調整Al2O3薄膜制備中的不同前驅體反應時間、氣壓、厚度等參數達到絕緣、防水、防氧化、導熱的作用，是一種理想的接收器保護膜。
【專利說明】一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能制造【技術領域】，具體涉及一種高倍聚光光伏系統中接收器的保護膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著GaAs疊層太陽能電池效率的快速提升，其地面應用前景備受矚目。高倍聚光光伏系統是目前GaAs疊層太陽能電池大規模地面應用的基礎。通過透鏡使太陽光匯聚到GaAs疊層太陽能電池表面，可以有效降低系統單位裝機容量對GaAs疊層太陽能電池材料的消耗，同時還能在一定程度上提高該類太陽能電池的光電轉換效率。目前，GaAs疊層太陽能電池在高倍聚光條件下的光電轉換效率可達44%，高倍聚光組件效率可達36%，高倍聚光系統效率超過28%。
[0003]在高倍聚光光伏系統中，GaAs疊層太陽能電池固定在接收器上，接收器是高倍聚光光伏系統光電轉換以及電路連接的載體。接收器以覆銅陶瓷板為基底，其上表面導電的銅膜刻蝕出基本電路后再通過表面裝貼技術安裝上GaAs太陽能電池、肖特基二極管等元件，并壓焊金絲引出太陽能電池表面電極。通常情況下，接收器是沒有保護膜的，其制作完成后便直接安裝到高倍聚光光伏系統中，容易受到水汽、污染、腐蝕的影響從而導致系統運行不正常甚至無法發電。后來人們逐漸意識到接收器的絕緣、防護、散熱性能對于系統發電效果至關重要，并開始考慮制作保護膜覆蓋在接收器上。
[0004]硅膠保護膜通常采用手工涂覆的辦法進行加工，這種方法的好處在于成本低廉，但是很難避免接收器表面器件邊沿處殘留空氣，形成氣泡。在接收器工作過程中，這些氣泡容易受熱膨脹，產生機械應力對接收器造成損傷。此外，手工涂覆硅膠的厚度均勻性、工藝重復性等方面存在問題，另外還會增加接收器故障返修的難度。
[0005]通過物理濺射法制備氧化物薄膜作為接收器保護膜，由于物理濺射工藝原理的限制，很難在裝載了高低不平的元件的接收器表面形成厚度均勻的氧化物薄膜。一方面因為物理濺射方法沉積薄很難在原子層的尺度控制膜的均勻性與厚度；另一方面還因為元件本身材料表面性質不同導致保護膜生長速率與成核機制差異。此外，物理濺射方法由于接收器表面元件的遮擋，在元件側面容易形成濺射源材料堆積，而在元件遮擋處則不能很好地覆蓋保護膜。因此，通過物理濺射方法制備的保護膜具有一定缺陷。
【發明內容】
[0006]本發明以現有的高倍聚光光伏系統中的接收器為基礎，提出了一種接收器的保護膜及其制備方法。采用原子層沉積技術制作Al2O3薄膜作為保護膜，使接收器具有防水、防氧化的功能，并且具有更好的導熱性。
[0007]本發明具體方案如下:
一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜，其特征在于:所述保護膜為Al2O3薄膜，通過原子層沉積(ALD)技術制備置于接收器外層；接收器由覆銅陶瓷板、太陽能電池、肖特基二極管以及金線等元件組成，所述保護膜包覆所有元件與空氣接觸的外表面。
[0008]所述Al2O3薄膜為均勻致密材料，厚度為30_100nm，厚度均勻性偏差小于3%，臺階覆蓋高寬比超過100:1。
[0009]所述Al2O3薄膜為高透膜，平均透過率超過80%。 [0010]所述Al2O3薄膜沉積方式采用單原子層周期性生長，單原子層厚度為0.1nm左右，整體厚度在納米級尺度可控。
[0011]制備上述保護膜的具體方法如下:
步驟1:將高倍聚光光伏系統的接收器放置到原子層沉積(ALD)設備真空腔室中的樣品架上，真空腔室的真空度保持在600-800pa，腔室溫度為室溫；
步驟2:將金屬有機物前驅體三甲基鋁(TMAl)通入真空腔室，金屬有機物在接收器的表面形成吸附，控制吸附反應時間0.1~0.3秒，然后將氮氣通入真空腔室進行吹掃，吹掃時間為1~2秒；
步驟3:通入第二種前驅體水蒸氣，水蒸氣使接收器表面的金屬原子被進一步氧化成Al2O3，控制表面氧化反應時間為0.2^0.4秒，然后再用氮氣吹掃真空腔室1~ 2秒；完成一個原子層薄膜的生長，一個原子層厚度控制在01~0.2nm之間；
步驟4:重復步驟2和3，經過多循環的周期沉積生長，在接收器表面形成一層均勻的Al2O3薄膜，厚度范圍為30~l00nm ；
步驟5:在壓強30pa，溫度120°C，Ar氣氣氛下退火20分鐘。
[0012]研究表明，Al2O3薄膜可以起到隔離水分和氧氣的作用。同時，Al2O3還具備優良的導熱性，能加快高倍聚光條件按下電池表面熱量的傳輸，有利于降低接收器工作溫度。利用Al2O3材料作為接收器保護膜，其保護性能優劣的關鍵在于Al2O3薄膜的致密性、厚度均勻性，以及膜本身的連續性(最好完全覆蓋保護)。原子層沉積技術采用連續的原子級別厚度的薄膜生長控制，沉積溫度低、節省原料，相對于濺射等其它工藝對器件表面的損傷更小，且無針孔、缺陷和裂紋產生。所以在較大的比表面積和復雜的結構中，原子層沉積技術均能保持很高的均勻性和致密性。原子層沉積技術制作的Al2O3薄膜，具有良好的臺階覆蓋率和極小的厚度偏差率，能在復雜的基體表面達到很高的一致性。在高倍聚光光伏系統的接收器制作完成后，引入原子層沉積技術制作的高致密、高透過率的Al2O3薄膜，可以滿足接收器對絕緣、防水、防氧化以及散熱方面的要求。
[0013]本發明的有益效果如下:
本發明所述保護膜，具有絕緣、防水、防氧化、導熱的作用；通過制備保護膜，可以有效防止接收器表面以及GaAs疊層太陽能電池側面由于水汽結露造成的短路；同時也可以有效防止接收器表面金屬電路氧化造成的失效等問題；此外，Al2O3保護膜是熱的良導體，可以加快在高倍聚光條件下GaAs疊層太陽能電池表面的熱傳遞，有利于降低接收器工作溫度。
[0014]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為本發明所述接收器的俯視示意圖 圖2為本發明所述接收器制作保護膜前的側視示意圖 圖3為本發明所述接收器制作保護膜后的側視示意圖
其中，附圖標記為:1、GaAs疊層太陽能電池；2、壓焊的金線；3、肖特基二極管；4、電纜接口 ；5、覆銅陶瓷板；6、保護膜。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，常規結構的接收器包括有GaAs疊層太陽能電池1、壓焊的金線2、肖特基二極管3、電纜接口 4、覆銅陶瓷板5，以該接收器為例，結合如下方式實施本發明:
步驟1:將接收器放置到原子層沉積(ALD)設備真空腔室中的樣品架上，真空腔室的真空度保持在600-800pa，腔室溫度為室溫；
步驟2:將金屬有機物前驅體三甲基鋁(TMAl)通入真空腔室，金屬有機物在接收器的表面形成吸附，控制吸附反應時間0.1~0.3秒，然后將氮氣通入真空腔室進行吹掃，吹掃時間為廣2秒； 步驟3:通入第二種前驅體水蒸氣，水蒸氣使接收器表面的金屬原子被進一步氧化成Al2O3，控制表面氧化反應時間為0.2^0.4秒，然后再用氮氣吹掃真空腔室f 2秒；完成一個原子層薄膜的生長，一個原子層厚度控制在0.1~0.2nm之間，整體厚度在納米級尺度可控；步驟4:重復步驟2和3，經過多循環的周期沉積生長，在接收器表面形成一層均勻的Al2O3保護膜，厚度范圍為3(Tl00nm ；
步驟5:在壓強30pa，溫度120°C，Ar氣氣氛下退火20分鐘。
[0016]Al2O3保護膜6制備完成后，接收器的覆銅陶瓷板、太陽能電池、肖特基二極管以及金線等元件均被保護膜6包覆，使得接收器的外表面與空氣隔離。
[0017]所述Al2O3保護膜6為均勻致密材料，厚度為30_100nm，厚度均勻性偏差小于3%，臺階覆蓋高寬比超過100:1。
[0018]所述Al2O3保護膜6為高透膜，平均透過率超過80%。
【權利要求】
1.一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜，其特征在于:所述保護膜為Al2O3薄膜，通過原子層沉積技術制備置于接收器外層；接收器由覆銅陶瓷板、太陽能電池、肖特基二極管以及金線等元件組成，所述保護膜包覆所有元件與空氣接觸的外表面。
2.根據權利要求1所述的保護膜，其特征在于:所述Al2O3薄膜為均勻致密材料，厚度為30-100nm，厚度均勻性偏差小于3%，臺階覆蓋高寬比超過100:1。
3.根據權利要求1所述的保護膜，其特征在于:所述Al2O3薄膜為高透膜，平均透過率超過80%。
4.制備上述保 護膜的方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:將高倍聚光光伏系統的接收器放置到原子層沉積設備真空腔室中的樣品架上，真空腔室的真空度保持在600-800pa，腔室溫度為室溫； 步驟2:將金屬有機物前驅體三甲基鋁通入真空腔室，金屬有機物在接收器的表面形成吸附，控制吸附反應時間0.f 0.3秒，然后將氮氣通入真空腔室進行吹掃，吹掃時間為1~2秒； 步驟3:通入第二種前驅體水蒸氣，水蒸氣使接收器表面的金屬原子被進一步氧化成Al2O3，控制表面氧化反應時間為0.2^0.4秒，然后再用氮氣吹掃真空腔室f 2秒；完成一個原子層薄膜的生長，一個原子層厚度控制在0.1~0.2nm之間； 步驟4:重復步驟2和3，經過多循環的周期沉積生長，在接收器表面形成一層均勻的Al2O3薄膜，厚度范圍為3(Tl00nm ； 步驟5:在壓強30pa，溫度120°C，Ar氣氣氛下退火20分鐘。
【文檔編號】C23C16/455GK103545384SQ201310477739
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】李愿杰, 黃添懋 申請人:中國東方電氣集團有限公司