应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法，包括按层状结构依次叠加的3～15层AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和AlInP/AlGaInP组合层的层数总和不超过35层，AlInP/AlGaInP组合层是由层状叠加的AlInP层和AlGaInP层构成，AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs/AlxOy组合层和AlGaInAs层构成，其中，AlAs/AlxOy组合层中的AlxOy是由一部分AlAs经过高温湿法氧化而成，且生成的AlxOy折射率比余下的AlAs低，从而能拓宽DBR的反射光子范围。本发明专利技术可以避免传统DBR结构反射光子能量的范围不够宽，造成E+ΔE范围内一部分高能粒子不能被有效吸收的情况，将DBR本身的优势作用发挥到极致。

【技术实现步骤摘要】
应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法
本专利技术涉及太阳能光伏发电的
，尤其是指一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法。
技术介绍
近年来，不断有通讯报道航空航天科技取得令人瞩目的新成果，说明其相关领域的技术水也在不断进步和提高。其中，空间电源是航天器通信、数据传输、空间观测以及试验研究的能量来源，随着世界宇航业的迅猛发展和空间竞争的不断加剧，对空间主电源提出了更高的要求：长寿命、高功率、耐高温、低成本，这也是空间电源研究和提升的方向。高效三结GaAs太阳电池与目前广泛使用的硅太阳电池相比，具有更高的光电转换效率、更强的抗辐照能力、更好的耐高温性能、更小的重量，是国际公认最具竞争力的新一代太阳电池，正在航天领域逐步得到广泛应用。但实际上，GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池作为砷化镓多结电池的主流结构，其带隙组合1.85/1.42/0.67eV对于太阳光光谱并不是最佳的，原因在于Ge底电池的短路电流要比中电池和顶电池的大很多，由于串联结构的电流限制原因，造成很大部分底电池电流转换成热量损失掉。为了提高电池性能，途径一是调整优化带隙组成，即通过提高中顶电池的In组分将带隙调整为1.82～1.87/1.3～1.4/0.67eV；途径二是增加电池结数充分吸收利用光谱能量，比如AlGaInP/AlGaInAs/GaInAs/Ga1-3yIn3yNyAs1-y/Ga1-3xIn3xNxAs1-x/Ge六结太阳能电池结构设计。目前，途径一是日渐趋于成熟的技术路线。设计与实验表明，为了将分段光谱能量充分吸收，各子电池厚度必须足够厚，基本在2～3.5微米，这种情况下，太阳能电池在太空环境中受到大量高能粒子辐照，材料质量变差，尤其是砷化物子电池更为严重，导致各子电池性能有不同程度地衰减，最终影响电池整体的性能。研究表明，在子电池下方加入适当的DBR(DistributedBragReflector分布式布拉格反射层)结构可以在很大程度上使问题得到缓解。这是因为通过调节DBR结构反射相应波段的太阳光，可使初次没有被材料吸收的光子反射回去被二次吸收，相当于变相地增加了“有效吸收厚度”，因此该子电池设计厚度得以大幅降低，电池厚度减薄可以使电池的抗辐照性能显著提升，对于材料质量差少子寿命短的材料还可有效提高少子收集数量。然而，传统DBR结构的反射波段较窄，不能够很好地涵盖子电池的吸收波段，比如带隙组合1.85/1.33/0.67eV三结电池的中子电池，本该吸收波段670～920nm，但由于材料本身性质的限制，传统DBR(一般为AlGaInAs/AlGaInAs组合层)反射波段仅涵盖150nm左右，导致部分光子不能被反射回有源区再次吸收利用。如果用两种DBR范围的组合层材料简单叠加，每套DBR必须生长足够的对数才会达到理想反射效果，这无疑会增加整体DBR厚度，提高外延源耗及时间成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法，可以避免传统DBR结构反射光子能量的范围不够宽，造成E+ΔE范围内一部分高能粒子不能被有效吸收的情况，将DBR本身的优势作用发挥到极致，最终提高电池整体光电转换效率。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案如下：一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构，包括按层状结构依次叠加的3～15层AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和AlInP/AlGaInP组合层的层数总和不超过35层，且该AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层中的x＝1,2,3,4…，y＝1,2,3,4…；所述AlInP/AlGaInP组合层是由层状叠加的AlInP层和AlGaInP层构成，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs/AlxOy组合层和AlGaInAs层构成，其中，所述AlAs/AlxOy组合层中的AlxOy是由一部分AlAs经过高温湿法氧化而成，且生成的AlxOy折射率比余下的AlAs低，从而能拓宽DBR的反射光子范围。所述AlInP层、AlGaInP层、AlAs/AlxOy组合层、AlGaInAs层的厚度设计遵循公式：式中，d为厚度，λ为预计反射波段的中心反射波长，n为对应材料的折射率，其中，AlAs/AlxOy组合层选用AlxOy的折射率。上述应用于多结太阳能电池的复合DBR结构的制备方法，包括以下步骤：1)采用金属有机物化学气相沉积技术，在外延生长过程中进行沉积：按层状结构依次叠加3～15层AlAs/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，得到所需的样品，其中，所述AlAs/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs层和AlGaInAs层构成；2)将样品放置在反应舟内；3)将反应舟置放在密闭腔室，腔室压力恒定，设置温度处于50～300℃范围内；4)以氮气为载气，将载有水蒸气的混合气通入腔室，并记录氧化时间，其中在氧化的过程当中，AlAs层的部分结构被氧化，生成AlxOy和AsH3有毒气体，即所述AlAs层最终会被氧化成所需的AlAs/AlxOy组合层，且AlAs的氧化总深度不超过电池芯片长度的2/3；5)将AsH3有毒气体排出，并进行妥善处理。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术的复合DBR结构联合高温湿法氧化的工艺较传统结构工艺有很大优势，一方面，采用AlAs/AlGaInAs、AlInP/AlGaInP组合DBR加氧化的方法可以在保持反射率效果的基础上展宽反射范围，使透射的光子被二次吸收的几率增加，有利于提高电池效率；另一方面，高温湿法工艺所需装置简单，控制参数为氧化炉压力、氧化温度和时间，在芯片端容易实现稳定工艺。此外，本专利技术的复合DBR总层数较常规DBR几乎没有增加，即不会增加外延成本。总之，本专利技术的复合DBR结构及氧化工艺可以使DBR的反射范围展宽到基本覆盖其子电池的吸收带宽，可进一步减薄基区厚度，降低外延成本，使砷化物子电池抗辐照性能得到一定程度的提升，并使一些材料质量差少子扩散长度较小(如：GaInNAs材料)的问题得到进一步缓解。2、本专利技术的关键在于通过控制高温湿法氧化的时间等参数，可以准确控制高铝层的氧化深度，保证电池器件整体导通(保留的部分铝砷起连通电池作用，消除AlxOy不导电的影响)，在提高太阳能电池转换效率的研究中，本专利技术的复合DBR结构作用可以得到更为极致地应用。附图说明图1为本专利技术所述复合DBR结构示意图。图2为本专利技术所述复合DBR经高温湿法氧化后的效果示意图之一图3为本专利技术所述复合DBR经高温湿法氧化后的效果示意图之二。图4为含复合DBR结构的四结太阳能电池示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本实施例所提供的复合DBR结构，包括按层状结构依次叠加的3～15层AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和AlInP/AlGaInP组合层的层数总和不超过35层，且该AlAs本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构，其特征在于：包括按层状结构依次叠加的3～15层AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和AlInP/AlGaInP组合层的层数总和不超过35层，且该AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层中的x＝1,2,3,4…，y＝1,2,3,4…；所述AlInP/AlGaInP组合层是由层状叠加的AlInP层和AlGaInP层构成，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs/AlxOy组合层和AlGaInAs层构成，其中，所述AlAs/AlxOy组合层中的AlxOy是由一部分AlAs经过高温湿法氧化而成，且生成的AlxOy折射率比余下的AlAs低，从而能拓宽DBR的反射光子范围。

【技术特征摘要】
1.一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构，其特征在于：包括按层状结构依次叠加的3～15层AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层和AlInP/AlGaInP组合层的层数总和不超过35层，且该AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层中的x＝1,2,3,4…，y＝1,2,3,4…；所述AlInP/AlGaInP组合层是由层状叠加的AlInP层和AlGaInP层构成，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs/AlxOy组合层和AlGaInAs层构成，其中，所述AlAs/AlxOy组合层中的AlxOy是由一部分AlAs经过高温湿法氧化而成，且生成的AlxOy折射率比余下的AlAs低，从而能拓宽DBR的反射光子范围。2.根据权利要求1所述的一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构，其特征在于：所述AlInP层、AlGaInP层、AlAs/AlxOy组合层、AlGaInAs层的厚度设...

【专利技术属性】
技术研发人员：高熙隆，刘建庆，刘雪珍，毛明明，马涤非，张小宾，
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：广东,44