[發明專利]一種具有抗輻照結構的高效三結級聯砷化鎵太陽電池及其制造方法

有效

• 申請號: 201710725701.5
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107527967B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 張銀橋;潘彬
• 申請（專利權）人: 南昌凱迅光電股份有限公司
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/0735;H01L31/054;H01L31/18
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 陳梅

1.一種具有抗輻照結構的高效三結級聯砷化鎵太陽電池，其特征在于，包括P型接觸層、底電池、第一隧穿結、具有應變結構的DBR1、中電池、第二隧穿結、具有應變結構的DBR2、頂電池和N型接觸層；

所述底電池、中電池和頂電池為三結子電池，由下至上依次排列；

所述底電池與中電池之間通過第一隧穿結連接；

所述第一隧穿結與所述中電池之間還設有DBR1；

所述中電池與所述頂電池之間通過第二隧穿結連接；

所述第二隧穿結與所述頂電池之間還設有DBR2；

所述底電池下層還設有P型接觸層，所述P型接觸層為P型Ge襯底；

所述頂電池的上層還設有N型接觸層；

所述底電池由下至上依次包括P-Ge基區、N-Ge發射區和GaInP成核層；在P型接觸層表面通過PH₃擴散形成N-Ge發射區和GaInP成核層，所述P-Ge基區為P型接觸層和N-Ge發射區的過渡區，P-Ge基區作為底電池的基區；所述N-Ge發射區厚度0.1～0.3μm，所述GaInP成核層厚度0.03～0.10μm；所述底電池禁帶寬度為0.67eV；所述P型接觸層為P型Ge的襯底，摻雜劑為Ga，摻雜濃度在1×10¹⁸～10×10¹⁸?/cm³，在所述第一隧穿結與底電池間設有InGaAs緩沖層；

所述第一隧穿結為N⁺⁺GaAs/P⁺⁺GaAs，其中，N⁺⁺GaAs層和P⁺⁺GaAs層厚度均在0.01～0.04μm，N⁺⁺GaAs的摻雜劑為Te、Se、Si其中的一種或者多種組合，摻雜濃度3×10¹⁸～1×10¹⁹/cm³；P⁺⁺GaAs的摻雜劑為Mg、Zn、C其中的一種或者多種組合，摻雜濃度要求2×10¹⁹～5×10¹⁹/cm³；

所述DBR1由10～30對InAlAs/InGaAs結構組成，其中，相鄰的每對InAlAs/InGaAs結構中，InGaAs中In摩爾組分階梯式增加，梯度為1％～3％，初始In摩爾組分為1％，InAlAs中In摩爾組分階梯式增加，梯度為1％～3％，初始In摩爾組分為0.5％；每對InAlAs/InGaAs結構中，InAlAs結構、InGaAs結構的厚度根據λ/4n計算，其中850nm≤λ≤1200nm，n為對應AlGaAs或者InGaAs材料的折射率；

所述中電池由下至上依次包括InAlAs背電場、In_xGa_1-xAs基區、In_xGa_1-xAs發射區、AlInP或GaInP窗口層組成，其中In_xGa_1-xAs基區和In_xGa_1-xAs發射區中In的組分x的范圍是0.01≤x≤0.22；所述中電池禁帶寬度為1.1～1.4eV，利于中電池吸收更多的太陽光，提高中電池的電流密度；In_xGa_1-xAs基區的厚度為1.5～2.5μm，In_xGa_1-xAs發射區的厚度為0.1～0.2μm，AlInP或GaInP窗口層厚度為0.05～0.15μm；AlInP或GaInP窗口層為AlInP窗口層或GaInP窗口層；

所述第二隧穿結為N⁺⁺GaInP/P⁺⁺AlGaAs，其中，N⁺⁺GaInP層與P⁺⁺AlGaAs層的厚度均為0.01～0.04μm，N⁺⁺GaInP的摻雜劑為Te、Se、Si其中的一種或者多種組合，摻雜濃度3×10¹⁸～1×10¹⁹/cm³；P⁺⁺AlGaAs的摻雜劑為Mg、Zn、C其中的一種或者多種組合，摻雜濃度要求2×10¹⁹～5×10¹⁹/cm³；

所述DBR2由10～30對AlInP/AlGaInP結構組成，其中，第一對AlInP/AlGaInP結構與中電池晶格晶格常數匹配一致，之后相鄰的每對AlInP/AlGaInP結構結構的In摩爾組分按照階梯式減少，AlInP中In摩爾組分梯度為1％～3％，AlGaInP中In摩爾組分梯度為1％～3％；每對AlInP/AlGaInP結構中，AlInP結構、AlGaInP結構的厚度根據λ/4n計算，其中650nm≤λ≤800nm，n為對應AlInP或者AlGaInP材料的折射率；

所述頂電池由下至上依次包括AlGaInP背電場、Ga_yIn_1-yP基區、Ga_yIn_1-yP發射區及AlInP窗口層，其中Ga_yIn_1-yP基區和Ga_yIn_1-yP發射區中Ga的組分y的范圍是0.30≤y≤0.50，所述頂電池禁帶寬度為1.6～1.9eV，AlGaInP背電場厚度為0.02～0.15μm，Ga_yIn_1-yP基區和Ga_yIn_1-yP發射區的總厚度為0.5～1μm，AlInP窗口層厚度0.03～0.05μm，有利于頂電池吸收更多的太陽光，提高頂電池的電流密度；

所述N型接觸層為GaAs材料的GaAs窗口層，生長厚度為0.3～0.6μm,摻雜劑為Te，Se，Si其中的一種或者多種組合，摻雜濃度在3×10¹⁸～9×10¹⁸/cm³。