一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，包括P型接触层、底电池、第一隧穿结、DBR1、中电池、第二隧穿结、DBR2、顶电池和N型接触层。本发明专利技术还公开了上述抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池的制作方法。本发明专利技术中电池采用InxGa1‑xAs材料，禁带宽度1.1～1.4eV，顶电池采用GayIn1‑yP材料，禁带宽度为1.6～1.9eV，采用DBR1和DBR2的形式释放应力和过滤位错，有效解决外延片的翘曲状况和改善外延生长的厚度及掺杂的均匀性，提高太阳电池的成品率及性能；另一方面，由于采用DBR1和DBR2的过渡形式，可以提高电池对太阳光的吸收，提高抗辐照性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法
本专利技术属于高效太阳能电池
，具体涉及一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，本专利技术还涉及该太阳电池的制造方法。
技术介绍
随着航天科技的不断进步，航天器的功能越来越复杂，对电源负载功率的要求也越来越高，势必对太阳电池的性能，尤其是光电转换效率提出了更高的要求。而砷化镓(GaAs)三结太阳电池以其较高的转换效率、长寿命和优良的可靠性等优势已经在太空领域得到广泛应用，成为空间飞行器的主电源。目前应用的Ge衬底生长的GaAs三结太阳电池结构为GaInP/GaAs/Ge，为晶格匹配的电池结构，其最高效率已接近30％(AM0)，由于受到带隙不匹配的限制，转换效率很难进一步提高。相比之下，带隙匹配的GaAs三结太阳电池可以有效降低由于带隙不匹配带来的太阳光能浪费问题，在进一步提高三结太阳电池转换效率方面具有明显优势，该结构采用的是与衬底不匹配的中顶电池，为获得晶体质量高的中顶电池，常规做法是采用各种各样的缓冲层，释放掉因晶格失配带来的应力与位错，该类做法虽然可以获得太阳电池可用的晶体材料，但是仍然存在着较大的应力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，其特征在于，包括P型接触层、底电池、第一隧穿结、具有应变结构的DBR1、中电池、第二隧穿结、具有应变结构的DBR2、顶电池和N型接触层；所述底电池、中电池和顶电池为三结子电池，由下至上依次排列；所述底电池与中电池之间通过第一隧穿结连接；所述第一隧穿结与所述中电池之间还设有DBR1；所述中电池与所述顶电池之间通过第二隧穿结连接；所述第二隧穿结与所述顶电池之间还设有DBR2；所述底电池下层还设有P型接触层，所述P型接触层为P型Ge衬底；所述顶电池的上层还设有N型接触层，所述N型接触层为GaAs材料的GaAs窗口层。

【技术特征摘要】
1.一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，其特征在于，包括P型接触层、底电池、第一隧穿结、具有应变结构的DBR1、中电池、第二隧穿结、具有应变结构的DBR2、顶电池和N型接触层；所述底电池、中电池和顶电池为三结子电池，由下至上依次排列；所述底电池与中电池之间通过第一隧穿结连接；所述第一隧穿结与所述中电池之间还设有DBR1；所述中电池与所述顶电池之间通过第二隧穿结连接；所述第二隧穿结与所述顶电池之间还设有DBR2；所述底电池下层还设有P型接触层，所述P型接触层为P型Ge衬底；所述顶电池的上层还设有N型接触层，所述N型接触层为GaAs材料的GaAs窗口层。2.如权利要求1所述太阳电池，其特征在于，所述第一隧穿结为N++GaAs/P++GaAs，其中，N++GaAs层和P++GaAs层厚度均在0.01～0.04μm，N++GaAs的掺杂剂为Te、Se、Si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；P++GaAs的掺杂剂为Mg、Zn、C其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3。3.如权利要求1所述太阳电池，其特征在于，在所述第一隧穿结与底电池间设有InGaAs缓冲层，所述InGaAs缓冲层厚度为0.5～1.5μm。4.如权利要求1所述太阳电池，其特征在于，所述DBR1由10～30对InAlAs/InGaAs结构组成，其中，相邻的每对InAlAs/InGaAs结构中，InGaAs中In摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始In摩尔组分为1％，InAlAs中In摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始In摩尔组分为0.5％；每对InAlAs/InGaAs结构中，InAlAs结构、InGaAs结构的厚度根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤1200nm，n为对应AlGaAs或者InGaAs材料的折射率。5.如权利要求1所述太阳电池，其特征在于，所述的第二隧穿结为N++GaInP/P++AlGaAs，其中，N++GaInP层与P++AlGaAs层的厚度均为0.01～0.04μm，N++GaInP的掺杂剂为Te、Se、Si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；P++AlGaAs的掺杂剂为Mg、Zn、C其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3。6.如权利要求1所述太阳电池，其特征在于，所述DBR2由10～30对AlInP/AlGaInP结构组成，其中，其中，第一对AlInP/AlGaInP结构与中电池晶格晶格常数匹配一致，之后相邻的每对AlInP/AlGaInP结构结构的In摩尔组分按照阶梯式减少，AlInP中In摩尔组分梯度为1％～3％，AlGaInP中In摩尔组分梯度为1％～3％；每对AlInP/AlGaInP结构中，AlInP结构、AlGaInP结构的厚度根据λ/4n计算，其中650nm≤λ≤800nm，n为对应AlInP或者AlGaInP材料的折射率。7.权利要求1-6任一所述太阳电池的制作方法，其步骤为，(1)制备底电池：底电池由下至上依次包括P-Ge基区、N-Ge发射区和GaInP成核层；在P型接触层表面通过PH3扩散形成N-Ge发射区和GaInP成核层，所述P-Ge基区为P型接触层和N-Ge发射区的过渡区，P-Ge基区作为底电池的基区；所述N-Ge发射区厚度0.1～0.3μm，所述GaInP成核层厚度0.03～0.10μm；所述底电池禁带宽度为0.67eV；所述P型接触层为P型Ge的衬底，掺杂剂为Ga，掺杂浓度在1×1018～10×1018/cm3；(2)制备第一隧穿结：在所述InGaAs缓冲层的表面生长第一隧穿结，所述第一隧穿结为N++GaAs/P++GaAs，其中，N++GaAs层和P++GaAs层厚度均在0.01～0.04μm，N++GaAs的掺杂剂为Te、Se、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张银桥，潘彬，
申请(专利权)人：南昌凯迅光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36