一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种倒置三结砷化镓太阳电池。包括在砷化镓衬底上依次生长的(Al)GaInP顶电池，GaAs中电池，InGaAs底电池，各个子电池之间通过隧穿结连接。本发明专利技术中，中电池与底电池之间，以及底电池之后各生长一组分布式布拉格反射器(DBR)，通过DBR过滤位错，释放应力以及提高抗辐照性能。通过渐变缓冲层或者阶变缓冲层，将外延材料的晶格常数调至目标值，然后采用第一组DBR，过滤缓冲层中产生的位错，有效释放因晶格失配产生的应力，提高底电池的晶体质量；同时改善外延生长的厚度及掺杂的均匀性，提高太阳电池外延片的成品率及性能。

A Inverted Trijunction GaAs Solar Cell and Its Fabrication Method

The invention relates to an inverted three-junction gallium arsenide solar cell. Included are (Al) GaInP top batteries grown on GaAs substrates in turn, GaAs medium batteries, InGaAs bottom batteries, and tunneling junctions between sub-batteries. In the present invention, a set of distributed Bragg reflectors (DBRs) are grown between the medium battery and the bottom battery, and after the bottom battery. The dislocations are filtered through the DBR, the stress is released, and the radiation resistance is improved. The lattice constant of epitaxy material is adjusted to the target value by gradient buffer layer or step buffer layer, and then the first DBR is used to filter the dislocations in the buffer layer, effectively release the stress caused by lattice mismatch, and improve the crystal quality of the bottom cell. At the same time, the thickness of epitaxy growth and the uniformity of doping are improved, and the yield and performance of solar cell epitaxy sheet are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法
本专利技术属于高效太阳能电池
，涉及一种可用于空间和地面的倒置三结砷化镓太阳电池结构及其制作方法。
技术介绍
自1958年3月17日世界首颗太阳电池供电的卫星VanguardⅠ成功送入太空，太阳电池在空间的应用已经历了超过近半个世纪，硅太阳电池曾一直在空间太阳电池应用种占主导地位。随着比功率需求的不断提高，发射成本需不断降低，光伏界在提高硅电池效率的同时，开始研究更多的太阳电池。正装砷化镓三结太阳电池(GaInP/InGaAs/Ge)，各个子电池材料晶格匹配，具有较高的转换效率和优异的可靠性等优势已经广泛应用于在航天领域。然而，随着技术的发展和进步，正装砷化镓三结太阳电池转换效率已经超过29.5％，由于子电池间带隙失配，长波方向太阳能损失较大，转换效率已十分接近理论极限。为了进一步提高太阳电池的转化效率，研究开发带隙匹配的太阳电池成为提高太阳电池转化效率的必然选择。采用倒置结构的砷化镓太阳电池，可以较容易的实现带隙匹配，成为各国企业和研究结构研究的热点，例如美国的Emore公司，日本的sharp公司等。倒置三结太阳是实现倒置多结太阳电池的基础，并且，从目前来看，实现倒置多结砷化镓太阳电池，是不断提高砷化镓太阳电池的唯一途径。目前倒置三结太阳电池大多采用的是带隙匹配，晶格失配的结构，这种结构的太阳电池，底电池的晶体质量普遍较差，并且由于晶格失配材料在生长过程中应力释放不够完全，造成太阳电池外延片翘曲，严重影响后续的芯片工艺及性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种倒置三结太阳电池的生长方法，提高倒置太阳电池的性能，解决倒置太阳电池外延片的应力，晶体质量及辐照性能问题。本专利技术的技术方案如下：一种倒置三结砷化镓太阳电池，包括顶电池，中电池，底电池。该类型电池以砷化镓为衬底，按照外延顺序依次为腐蚀截止层，顶电池，第一隧穿结，中电池，第二隧穿结，缓冲层，第一组DBR，底电池，第二组DBR。所述腐蚀截止层：腐蚀层材料为GaInP，AlInP，AlGaInP中的一种或者几种组分，厚度为0.2～0.5μm，采用N型掺杂；所述顶电池：按照外延顺序依次为GaAs接触层，AlInP窗口层，(Al)GaInP电池区，AlGaInP背电场，其中，GaAs接触层的厚度为0.3-0.7μm；AlInP窗口层的厚度为0.02-0.1μm；(Al)GaInP电池区的厚度为0.5-1.2μm，禁带宽度为1.80eV-1.95eV，通过改变(Al)GaInP中Al的组分调节顶电池的波长；AlGaInP背电场的厚度为0.02-0.15μm。所述的第一隧穿结：所述第一隧穿结为N++GaInP/P++AlGaAs，其中，N++GaInP的厚度0.01～0.04μm，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的厚度0.01～0.04μm，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；所述的中电池：按照外延顺序依次为AlInP或GaInP窗口层，(In)GaAs电池区，AlGaAs背电场，其中，AlInP或GaInP窗口层的厚度为0.02～0.1μm；(In)GaAs电池区的厚度为1.5～2μm，禁带宽度为1.37eV～1.42eV，通过改变(In)GaAs中In的组分调节中电池的波长；AlGaAs背电场的厚度为0.1～0.2μm。所述的第二隧穿结：所述第二隧穿结为N++GaAs/P++GaAs，其中，N++GaAs的厚度0.01～0.04μm，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的厚度0.01～0.04μm，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。所述的缓冲层：采用组分渐变或者组分阶变的方式，缓冲层的晶格常数由与中电池匹配过渡到与底电池匹配。缓冲层的材料可选取GaInP，InAlAs或者InAlGaAs，其中采用InAlGaAs材料作为缓冲层时，Al组分不应小于0.4，避免缓冲层吸光，引起中电池或者底电池电流密度低。所述的第一组DBR：DBR由10～30对InAlAs/InAlGaAs组成，其中，InAlAs、InAlGaAs的厚度根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤950nm，n为对应InAlAs或者InAlGaAs材料的折射率；所述的底电池：按照外延顺序依次为InAlAs窗口层，InGaAs电池区，InAlAs背电场，其中，InAlAs窗口层的厚度为0.1～0.2μm；(In)GaAs电池区的厚度为1.5～2μm，禁带宽度为0.90eV～1.1eV，通过改变InGaAs中In的组分调节底电池的波长；InAlAs背电场的厚度为0.1～0.2μm。所述的第二组DBR：DBR由10～30对InAlAs/InAlGaAs组成，其中，InAlAs、InAlGaAs的厚度根据λ/4n计算，其中1150nm≤λ≤1350nm，n为对应InAlAs或者InAlGaAs材料的折射率。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术中，通过在中电池之后的缓冲层与底电池之间插入第一组DBR，不仅可以有效过滤缓冲层中产生的位错，提高底电池的晶体质量，并且可以有效释放因晶格失配产生的应力，改善外延片的翘曲问题，同时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，同时可以降低中电池厚度，提高中电池的辐照性能；(2)在底电池之后插入第二组DBR，进一步释放外延层中的应力，解决外延片翘曲问题，同样可以降底电池厚度，提高底电池的辐照性能。附图说明图1本专利技术砷化镓太阳电池的结构示意图。具体实施方式本专利技术为一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法，以下实施案例，旨在对本专利技术做进一步的说明，本专利技术可以具有多种不同的形式，该实施案例仅是说明性的，不应将其解释为限于本文陈述的实施例。实施例1一种倒置三结砷化镓太阳电池，包括接触层，顶电池，中电池，底电池，第一隧穿结，第二隧穿结，缓冲层，第一组DBR，第二组DBR。制备腐蚀截止层，腐蚀层材料为GaInP，厚度为0.2μm，采用N型掺杂，掺杂浓度大于1×1016/cm3。制备顶电池，按照顺序依次外延GaAs接触层，AlInP窗口层，AlGaInP电池区，AlGaInP背电场，其中，GaAs接触层的厚度为0.3μm；AlInP窗口层的厚度为0.02μm；AlGaInP电池区的厚度为0.5μm，禁带宽度为1.90eV；AlGaInP背电场采用Al0.25Ga0.25In0.5P，厚度为0.02μm。制备第一隧穿结，第一隧穿结为N++GaInP/P++AlGaAs，其中，N++GaInP的厚度0.01μm，掺杂剂为Te、Si组合，掺杂浓度(-3)×1018；P++AlGaAs的厚度0.01μm，掺杂剂为Mg，掺杂浓度要求2×1019/cm3；制备中电池，按照顺序依次外延GaInP窗口层，GaAs电池区，AlGaAs背电场，其中，GaInP窗口层的厚度为0.02μm；GaAs电池区的厚度为1.7μm，禁带宽度为1.42eV；AlGaAs本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法，包括顶电池，中电池，底电池，其特征在于：电池以砷化镓为衬底，按照外延顺序依次为腐蚀截止层，顶电池，第一隧穿结，中电池，第二隧穿结，缓冲层，第一组DBR，底电池，第二组DBR，背面接触层。

【技术特征摘要】
1.一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法，包括顶电池，中电池，底电池，其特征在于：电池以砷化镓为衬底，按照外延顺序依次为腐蚀截止层，顶电池，第一隧穿结，中电池，第二隧穿结，缓冲层，第一组DBR，底电池，第二组DBR，背面接触层。2.根据权利要求1所述的腐蚀截止层，其特征在于：所述腐蚀截止层材料为GaInP，AlInP，AlGaInP中的一种或者几种组合。3.根据权利要求1所述的倒置三结砷化镓太阳电池，其特征在于：所述顶电池材料为(Al)GaInP，禁带宽度为1.80eV-1.95eV；所述中电池材料为(In)GaAs，禁带宽度为1.37eV-1.42eV；所述底电池材料为InGaAs，禁带宽度为0.90eV-1.1eV；顶电池与中电池之间通过第一隧穿结连接，中电池与底电池之间通过第二隧穿结连接；第二隧穿结与底电池之间有一层缓冲层，缓冲层之后生长第一组DBR；底电池之后生长第二组DBR。4.根据权利要求3所述的倒置三结砷化镓太阳电池，其特征在于：所述顶电池由GaAs接触层、AlInP窗口层，(Al)GaInP基区和发射区，AlGaInP背电场组成；所述的中电池，由AlInP或GaInP窗口层，(In)GaAs基区和发射区，AlGaAs背电场组成；所述的底电池，由InAlAs窗口层，InGaAs基区和发射区，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐培强，宁如光，万智，林晓珊，汪洋，张银桥，
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