一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构制造技术

本实用新型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，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，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。本实用新型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。

A composite DBR structure for multi junction solar cells

The utility model discloses a DBR composite structure used in multi junction solar cell, including by layered structure superimposed 3~15 layer AlAs/AlxOy/AlGaInAs composite layer and the 5~25 layer AlInP/AlGaInP layer, AlAs/AlxOy/AlGaInAs layer and AlInP/AlGaInP layer of the composite layers of the sum of not more than 35 layers, AlInP/AlGaInP layer is composed of layered overlay layer and AlInP the AlGaInP layer, AlAs/AlxOy/AlGaInAs layer is composed of layered overlay AlAs/AlxOy layer and AlGaInAs layer, AlAs/AlxOy layer of AlxOy is composed of a part of AlAs after high temperature wet oxidation, AlxOy and refraction rate than the rest of the generation of AlAs is low, which can broaden the range of reflection photonic DBR. The utility model can avoid the range of the reflected photon energy in the traditional DBR structure is not wide enough, resulting in the partial absorption of some high-energy particles in the range of E+ E, and the advantages of DBR itself will be applied to the extreme.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构
本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。
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，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，本技术所提供的技术方案为：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。本技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本技术的复合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为本技术所述复合DBR结构示意图。图2为本技术所述复合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1和5～25层AlInP/AlGaInP组合层2，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层1和AlInP/AlGaInP组合层2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2是由层状叠加的AlInP层21和AlGaInP层22构成，所述AlAs/AlxOy/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs/AlxOy组合层11和AlGaInAs层12构成，其中，所述AlAs/AlxOy组合层11中的AlxOy(即Al的氧化物)是由一部分AlAs经过高温湿法氧化而成，即AlAs/AlxOy组合层11实质是由AlAs层13通过高温湿法氧化工艺转变而成，具体请见图2和图3所示，且生成的AlxOy折射率比余下的AlAs低，由于生成物AlxOy具有更低的折射率，这样可使得复合DBR反射光子范围拓宽，而保留的部分AlAs起连通电池作用，消除AlxOy不导电的影响。此外，所述AlIn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...

【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：新型
国别省市：广东,44