[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于高效太阳能电池技术领域，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，本发明还涉及该太阳电池的制造方法。

背景技术

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，对芯片的制作以及后续的安装都带来极大的不便，同时降低产品的成品率,增加产品成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、工艺简单，性能可靠，生产成本低的一种抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池。

本发明的技术方案如下：

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(第一组分布式布拉格反射器)、中电池、第二隧穿结、具有应变结构的DBR2(第二组分布式布拉格反射器)、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。

作为优化，所述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；在所述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0.03～0.10 μm；所述底电池禁带宽度为0.67eV；