一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法技术

本发明专利技术涉及砷化镓太阳电池技术领域，具体涉及一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法，该电池自下向上依次为Ge衬底、底电池、缓冲层、第一隧穿结、DBR、中电池、第二隧穿结、顶电池和盖帽层；第一隧穿结和第二隧穿结结构相同，均采用渐变隧穿结结构N

【技术实现步骤摘要】
一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法


[0001]本专利技术涉及砷化镓太阳电池
，具体涉及一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法。

技术介绍

[0002]由于具有转换效率高、抗辐照性能强及温度系数小等优势，三结砷化镓太阳电池被广泛应用于各类航天设备，为这些设备提供源源不断的能源供应。三结砷化镓太阳电池是由顶、中、底三结子电池，通过隧穿结串联而成，隧穿结隧穿性能的好坏，将会直接影响三结砷化镓太阳电池的性能。目前常用的隧穿结一般采用N
‑
GaAs/P
‑
GaAs或者N
‑
GaInP/P
‑
AlGaAs结构。对于N
‑
GaAs/P
‑
GaAs隧穿结，制作方法简单，但会存在吸光现象，降低太阳电池的电流密度；对于N
‑
GaInP/P
‑
AlGaAs，该结构隧穿电流高，且透光，是目前商业化中使用最多的结构，但该结构存在的问题是在GaInP上生长AlGaAs时，P/As会发生扩散的现象，生产工艺窗口窄，如果控制不好，容易降低顶电池的晶体质量，使产品失效。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法，通过采用渐变隧穿结结构，不仅可以提升隧穿结的隧穿能力，降低隧穿结两侧的压降，提升太阳电池性能，同时可减少隧穿结的吸光能力，提升中电池的电流密度，还可以改善隧穿结界面的晶体质量，提高太阳电池产品的稳定性。
[0004]本专利技术提供一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池，所述砷化镓太阳电池自下向上依次为Ge衬底、底电池、缓冲层、第一隧穿结、DBR（分布式布拉格反射器）、中电池、第二隧穿结、顶电池和盖帽层；所述第一隧穿结和所述第二隧穿结结构相同，均采用渐变隧穿结结构N
++
Al
x1
Ga
y1
InP/P
++
Al
x2
Ga
y2
As，其中x1、y1的范围为0
‑
0.51，x2的范围为0
‑
0.5，y2的范围为0.5
‑
1。
[0005]本技术方案中的渐变隧穿结采用宽带隙的隧穿结材料N
++
Al
x1
Ga
y1
InP/P
++
Al
x2
Ga
y2
As，不仅可以提升带隙，改善界面晶体质量及降低吸光几率，还可以达到提升太阳电池产品性能和稳定性的目的。
[0006]进一步的，上述技术方案中，所述N
++
Al
x1
Ga
y1
InP结构为渐变结构，其中Al组分x1由0.51渐变至0，Ga组分y1由0渐变至0.51，所述N
++
Al
x1
Ga
y1
InP的总厚度为0.02
‑
0.04μm，掺杂浓度大于2
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Te、Se、Si中的一种或者多种组合。
[0007]进一步的，上述技术方案中，所述P
++
Al
x2
Ga
y2
As结构为渐变结构，先生长GaAs，然后Al组分x2由0渐变至0.5，Ga组分y2由1渐变至0.5，所述P
++
Al
x2
Ga
y2
As的总厚度为0.02
‑
0.04μm，掺杂浓度大于5
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Mg、Zn、C中的一种或者多种组合。
[0008]本专利技术采用渐变隧穿结结构，在渐变过程中，隧穿结的两边带隙最大，中间部分的带隙最小，容易发生载流子的波函数交叠，可提升隧穿能力；采用宽带隙材料，降低吸收几
率，提升电流密度。另外，由于在材料生长时，P/As界面容易发生扩散现象，造成外延材料晶体质量下降，严重时会变成非晶，尤其是生长含有高Al组分的AlGaAs时。而采用渐变结构，初始生长GaAs材料，可以有效避免这种情况的发生，改善隧穿结生长的工艺窗口，有效提高隧穿结界面的晶体质量，提高太阳电池产品的稳定性。
[0009]进一步的，上述技术方案中，所述DBR由20
‑
40对AlGaAs/GaAs结构组成，每对AlGaAs/GaAs结构中AlGaAs层和GaAs层的厚度均根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤920nm，n为对应AlGaAs或者GaAs材料的折射率；所述AlGaAs中Al摩尔组分为50
‑
90%。
[0010]本专利技术还提供一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池的制作方法，包括以下步骤：S1.在P型Ge衬底上，高温下通过PH3扩散的形式，形成底电池发射区，然后生长GaInP成核层并作为底电池的窗口层；S2.在所述底电池上生长缓冲层；S3.在所述缓冲层上生长N
++
Al
x1
Ga
y1
InP/P
++
Al
x2
Ga
y2
As第一隧穿结；S4.在所述第一隧穿结上生长DBR；S5.在所述DBR上生长中电池；S6.在所述中电池上生长N
++
Al
x1
Ga
y1
InP/P
++
Al
x2
Ga
y2
As第二隧穿结；S7.在所述第二隧穿结上生长顶电池；S8在所述顶电池上生长盖帽层。
[0011]本专利技术通过优化隧穿结结构为N
++
Al
x1
Ga
y1
InP/P
++
Al
x2
Ga
y2
As，可提升隧穿结的隧穿能力，降低隧穿结两侧的压降，提升太阳电池性能，同时减少隧穿结的吸光能力，提升中电池的电流密度，另外还可以改善隧穿结界面的晶体质量，提高太阳电池产品的稳定性。
[0012]进一步的，上述技术方案S2中，所述缓冲层的结构为In
0.01
GaAs，厚度为0.1
‑
0.8μm。
[0013]进一步的，上述技术方案S5中，所述中电池材料自下向上依次包括AlGaAs背电场、In
0.01
GaAs基区、In
0.01
GaAs发射区、AlInP或GaInP窗口层；其中，所述AlGaAs背电场的厚度为0.05
‑
0.1μm，所述In
0.01
GaAs基区和In
0.01
GaAs发射区的总厚度为1.4
‑
2.2μm，所述AlInP或GaInP窗口层的厚度均为0.05...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池，其特征在于，所述砷化镓太阳电池自下向上依次为Ge衬底、底电池、缓冲层、第一隧穿结、DBR、中电池、第二隧穿结、顶电池和盖帽层；所述第一隧穿结和所述第二隧穿结结构相同，均采用渐变隧穿结结构N
++
Al
x1
Ga
y1
InP/P
++
Al
x2
Ga
y2
As，其中x1、y1的范围为0
‑
0.51，x2的范围为0
‑
0.5，y2的范围为0.5
‑
1。2.根据权利要求1所述的一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池，其特征在于，所述N
++
Al
x1
Ga
y1
InP结构为渐变结构，其中Al组分x1由0.51渐变至0，Ga组分y1由0渐变至0.51，所述N
++
Al
x1
Ga
y1
InP的总厚度为0.02
‑
0.04μm，掺杂浓度大于2
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Te、Se、Si中的一种或者多种组合。3.根据权利要求1所述的一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池，其特征在于，所述P
++
Al
x2
Ga
y2
As结构为渐变结构，先生长GaAs，然后Al组分x2由0渐变至0.5，Ga组分y2由1渐变至0.5，所述P
++
Al
x2
Ga
y2
As的总厚度为0.02
‑
0.04μm，掺杂浓度大于5
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Mg、Zn、C中的一种或者多种组合。4.根据权利要求1所述的一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池，其特征在于，所述DBR由20
‑
40对AlGaAs/GaAs结构组成，每对AlGaAs/GaAs结构中AlGaAs层和GaAs层的厚度均根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤920nm，n为对应AlGaAs或者GaAs材料的折射率；所述AlGaAs中Al摩尔组分为50
‑
90%。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池的制作方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.在P型Ge衬底上，高温下通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐培强，李俊承，林晓珊，潘彬，王向武，
申请(专利权)人：南昌凯迅光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：