[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

本發明公開了一種具有抗輻照結構的高效三結級聯砷化鎵太陽電池，包括P型接觸層、底電池、第一隧穿結、DBR1、中電池、第二隧穿結、DBR2、頂電池和N型接觸層。本發明還公開了上述抗輻照結構的高效三結級聯砷化鎵太陽電池的制作方法。本發明中電池采用InxGa1?xAs材料，禁帶寬度1.1～1.4eV，頂電池采用GayIn1?yP材料，禁帶寬度為1.6～1.9eV，采用DBR1和DBR2的形式釋放應力和過濾位錯，有效解決外延片的翹曲狀況和改善外延生長的厚度及摻雜的均勻性，提高太陽電池的成品率及性能；另一方面，由于采用DBR1和DBR2的過渡形式，可以提高電池對太陽光的吸收，提高抗輻照性能。

技術領域

本發明屬于高效太陽能電池技術領域，具體涉及一種具有抗輻照結構的高效三結級聯砷化鎵太陽電池，本發明還涉及該太陽電池的制造方法。

背景技術

隨著航天科技的不斷進步，航天器的功能越來越復雜，對電源負載功率的要求也越來越高，勢必對太陽電池的性能，尤其是光電轉換效率提出了更高的要求。而砷化鎵(GaAs)三結太陽電池以其較高的轉換效率、長壽命和優良的可靠性等優勢已經在太空領域得到廣泛應用，成為空間飛行器的主電源。目前應用的Ge襯底生長的GaAs三結太陽電池結構為GaInP/GaAs/Ge，為晶格匹配的電池結構，其最高效率已接近30％(AM0)，由于受到帶隙不匹配的限制，轉換效率很難進一步提高。相比之下，帶隙匹配的GaAs三結太陽電池可以有效降低由于帶隙不匹配帶來的太陽光能浪費問題，在進一步提高三結太陽電池轉換效率方面具有明顯優勢，該結構采用的是與襯底不匹配的中頂電池，為獲得晶體質量高的中頂電池，常規做法是采用各種各樣的緩沖層，釋放掉因晶格失配帶來的應力與位錯，該類做法雖然可以獲得太陽電池可用的晶體材料，但是仍然存在著較大的應力，對芯片的制作以及后續的安裝都帶來極大的不便，同時降低產品的成品率,增加產品成本。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構合理、工藝簡單，性能可靠，生產成本低的一種抗輻照結構的高效三結級聯砷化鎵太陽電池。

本發明的技術方案如下：

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(第一組分布式布拉格反射器)、中電池、第二隧穿結、具有應變結構的DBR2(第二組分布式布拉格反射器)、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N型接觸層為GaAs材料的GaAs?窗口層。

作為優化，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；在所述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0.03～0.10?μm；所述底電池禁帶寬度為0.67eV；