一种砷化镓太阳电池芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种砷化镓太阳电池芯片及其制备方法，该电池芯片包括：Ge衬底；于Ge衬底上外延生长外延层，外延层由下至上为底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、第一DBR层、中电池、中顶隧穿结、顶电池、第二DBR层、欧姆接触层；外延层上面依次为减反射膜、上电极；Ge衬底下面为下电极；上电极包括栅线和主电极；除栅线和主电极正下方的欧姆接触层和第二DBR层保留着外，其余减反射膜下方的欧姆接触层和第二DBR层被腐蚀掉。本发明专利技术通过在顶电池和欧姆接触层之间引入DBR结构，将外延层反射的部分太阳光再反射回去给中电池吸收，提高中电池的光生电流的同时，还能提升抗辐照性能。还能提升抗辐照性能。还能提升抗辐照性能。

【技术实现步骤摘要】
一种砷化镓太阳电池芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种砷化镓太阳电池芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]砷化镓三结太阳能电池具有的高光电转换效率、良好的耐高温性能、寿命长等特点，使其广泛应用于空间主电源。现今发射的人造卫星、宇宙飞船和空间实验室均采用的是三结砷化镓太阳能电池。
[0003]随着对空间探索的逐步发展，对太阳能电池的要求也越来越高，这就要求新一代的空间用太阳能电池具有更高的光电转换效率、更好的抗辐照衰减。光电转换效率可以通过重新分配三结砷化镓太阳电池各结子电池的吸收光谱，来提升产品的电流密度，提升整体的转换效率；但是抗辐照衰减目前却仍没有什么较大的进展。
[0004]因此，开发一款能同时提高中电池的光生电流和抗辐照性能的太阳能电池具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种砷化镓太阳电池芯片及其制备方法，旨在改善砷化镓太阳电池的抗辐照性能，通过在顶电池和欧姆接触层之间引入DBR（布拉格反射层）结构，将外延层反射的部分太阳光再反射回去给中电池吸收，提高中电池的光生电流的同时，还能提升抗辐照性能。
[0006]本专利技术的第一目的是提供一种砷化镓太阳电池芯片，所述砷化镓太阳电池芯片包括：Ge衬底；于所述Ge衬底上外延生长外延层，所述外延层由下至上依次为底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、第一DBR层、中电池、中顶隧穿结、顶电池、第二DBR层、欧姆接触层；所述外延层上面依次为减反射膜、上电极；所述Ge衬底下面为下电极；所述上电极包括栅线和主电极；其中，除栅线和主电极正下方的欧姆接触层和第二DBR层保留着外，其余减反射膜下方的欧姆接触层和第二DBR层在芯片工艺制作过程中被腐蚀掉。
[0007]优选地，所述Ge衬底为P型Ge衬底。
[0008]本技术方案中，通过在顶电池和欧姆接触层之间引入DBR结构，将外延层反射的部分太阳光再反射回去给中电池吸收，提高中电池的光生电流。太阳电池在太空使用时不可避免会受到高能粒子的辐射，导致电池性能下降，中电池电流下降最明显，对太阳电池末端性能影响最大，因此提高中电池电流可以提升抗辐照性能。
[0009]进一步的，所述中底隧穿结采用N
++
GaAs
‑
P
++
GaAs结构，其中，所述N
++
GaAs的掺杂浓
度大于1
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Te、Se和Si中的至少一种；所述P
++
GaAs的掺杂浓度大于2
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Mg、Zn和C中的至少一种。
[0010]进一步的，所述第一DBR层为多周期In
x1
AlGaAs/ In
y1
GaAs材料，其中周期数大于5对，0.015≤x1≤0.10，0.015≤y1≤0.10。
[0011]进一步的，所述中电池的材料包括In
x2
GaAs基区、发射区和窗口层，其中，0.015＜x2≤0.10；所述窗口层的材料为AlInP或GaInP。
[0012]进一步的，所述中顶隧穿结为N
++
GaInP
‑
P
++
InAlGaAs结构，所述N
++
GaInP掺杂浓度大于1
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Te、Se和Si中的至少一种；所述P
++
InAlGaAs掺杂浓度大于2
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Mg、Zn和C中的至少一种。
[0013]进一步的，所述顶电池的晶格常数与中电池相匹配，由Al
x3
GaInP背电场、GaInP基区、GaInP发射区及AlInP窗口层组成，其中0.15≤x3≤0.4。
[0014]进一步的，所述第二DBR层为多周期In
x4
GaAs/In
y4
AlGaAs材料，其中周期数大于3对，0≤x4≤0.10，0≤y4≤0.10。
[0015]进一步的，所述欧姆接触层的材料为In
x5
GaAs，其中0≤x5≤0.10。
[0016]进一步的，所述减反射膜的材料为Ti3O5/Al2O3。
[0017]本专利技术的第二目的是提供一种砷化镓太阳电池芯片的制备方法，依次包括以下具体步骤：S1.在Ge衬底上生长底电池，先在650℃
‑
750℃下通过PH3扩散的形式，形成底电池发射区，然后生长GaInP或AlGaInP成核层，该成核层同时作为底电池的窗口层；S2.生长厚度为0.1μm～0.8μm的GaAs缓冲层；S3.生长厚度为0.01μm～0.04μm的中底隧穿结；S4.生长多周期第一DBR层；S5.生长中电池，包括In
x2
GaAs基区、发射区和窗口层，其中In
x2
GaAs基区与发射区的总厚度为1.2μm～2.2μm，窗口层的厚度为0.05μm～0.2μm；S6.生长厚度为0.01μm～0.04μm的中顶隧穿结；S7.生长顶电池；S8.生长多周期第二DBR层；S9.生长厚度为0.1μm～0.3μm的欧姆接触层；S10.将外延片清洗干净，旋涂光刻胶制作上电极掩膜图形；S11.蒸镀上电极金属材料，制作上电极；S12.再次将外延片清洗干净，蒸镀下电极金属材料，制作下电极；S13.旋涂光刻胶制作电极保护掩膜图形，腐蚀掉电极区域之外的欧姆接触层和第二DBR层；S14.通过真空蒸镀的方式制作减反射膜；S15.将电池半成品放入合金炉进行合金处理，然后用自动切割机将其切穿，进行端面腐蚀后得到砷化镓太阳电池芯片。
[0018]具体地，上述外延片的生长可以采用MOCVD（金属有机化合物化学气相淀积）设备制备。
[0019]本专利技术与现有技术相比，其有益效果有：
1.本专利技术通过在顶电池和GaAs欧姆接触层之间引入In
x4
GaAs/In
y4
AlGaAs布拉格反射层，将因不同外延层材料导致反射的部分太阳光再反射回去给中电池吸收，提高中电池的光生电流的同时，还能提升抗辐照性能。
[0020]2.本专利技术将减反射膜位置的第二DBR层在芯片工艺过程中被化学溶液腐蚀掉，将不会影响太阳光的透射。
[0021]3.本专利技术只需在顶电池和欧姆接触层之间引入DBR结构，就能解决现有技术的不足，方法简单，可靠。
附图说明
[0022]图1为本专利技术三结砷化镓太阳电池外延片的结构示意图；图2为本专利技术三结砷化镓太阳电池芯片的结构示意图；图3为本专利技术三节砷化镓太阳电池芯片正面示意图。
[0023]示意图中标号说明：10.下电极；11.Ge衬底；12.底电池；13.GaAs缓冲层；14.中底隧穿结；15.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砷化镓太阳电池芯片，其特征在于，所述砷化镓太阳电池芯片包括：Ge衬底；于所述Ge衬底上外延生长外延层，所述外延层由下至上依次为底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、第一DBR层、中电池、中顶隧穿结、顶电池、第二DBR层、欧姆接触层；所述外延层上面依次为减反射膜、上电极；所述Ge衬底下面为下电极；所述上电极包括栅线和主电极；其中，除栅线和主电极正下方的欧姆接触层和第二DBR层保留着外，其余减反射膜下方的欧姆接触层和第二DBR层在芯片工艺制作过程中被腐蚀掉。2.根据权利要求1所述的一种砷化镓太阳电池芯片，其特征在于，所述中底隧穿结采用N
++
GaAs
‑
P
++
GaAs结构，其中，所述N
++
GaAs的掺杂浓度大于1
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Te、Se和Si中的至少一种；所述P
++
GaAs的掺杂浓度大于2
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Mg、Zn和C中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种砷化镓太阳电池芯片，其特征在于，所述第一DBR层为多周期In
x1
AlGaAs/ In
y1
GaAs材料，周期数大于5对，其中，0.015≤x1≤0.10，0.015≤y1≤0.10。4.根据权利要求1所述的一种砷化镓太阳电池芯片，其特征在于，所述中电池的材料包括In
x2
GaAs基区、发射区和窗口层，其中，0.015＜x2≤0.10；所述窗口层的材料为AlInP或GaInP。5.根据权利要求1所述的一种砷化镓太阳电池芯片，其特征在于，所述中顶隧穿结为N
++
GaInP
‑
P
++
InAlGaAs结构，所述N
++
GaInP掺杂浓度大于1
×
10
19
/cm3，掺杂剂为Te、Se和Si中的至少一种；所述P
++
InAlGaAs掺杂浓度大于2
×
10
19
/cm3，掺杂剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁如光，潘彬，林晓珊，杨祺，方毅，佟嘉欣，周能，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：