[發明專利]用于空間應用的四結太陽能電池

在審

• 申請號: 201810323188.1
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN110047954A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: D·德爾卡斯;Z·比特納;S·維普勒;A·哈斯;J·哈特;N·米勒;P·帕泰爾;P·沙普斯
• 申請（專利權）人: 索埃爾科技公司
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/0352
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 申發振

本公開涉及用于空間應用的四結太陽能電池。一種多結太陽能電池，包括：生長襯底；在生長襯底之上或生長襯底之中形成的第一太陽能子電池；沉積在第一太陽能子電池之上的分級中間層；以及沉積在分級中間層之上的一系列半導體材料層，其包括多個太陽能子電池，所述多個太陽能子電池包括設置在生長襯底之上并且相對于生長襯底晶格失配并且具有0.9至1.8eV范圍內的帶隙的第二太陽能子電池以及設置在第二子電池之上并且具有超過30％摩爾分數的鋁含量和2.0至2.20eV范圍內的帶隙的至少一個上部太陽能子電池。

技術領域

本公開涉及太陽能電池以及太陽能電池的制造，并且更具體地涉及基于III-V族半導體化合物的四結太陽能電池中的四個子電池中的每一個子電池的成分和帶隙的設計和規格，以便實現可以針對預定的空間任務和環境所指定的改進的“壽命終期”性能。

背景技術

如在本公開中所使用的，內部具有帶隙不同的層的太陽能子電池的“帶隙”這一表述應該被定義為是指太陽能子電池的其中生成大多數電荷載流子的層(這種子層通常是這種子電池的基極/發射極光伏結的p型基極半導體層)的帶隙。在這種層進而具有帶隙不同的子層的情況下(諸如具有分級成分以及更特別地具有分級帶隙的基極層的情況)，該太陽能子電池的具有最低帶隙的子層應該被視為定義這種子電池的“帶隙”。除了太陽能子電池之外，更一般地，在具體指定的、具有帶隙不同的子層或子區域(諸如具有分級成分以及更特別地具有分級帶隙的半導體區域的情況)的半導體區域(諸如變質層)的情況下，半導體區域的具有最低帶隙的子層或子區域應該被視為定義該半導體區域的“帶隙”。

在過去的幾年中，用于空間應用的III-V族化合物半導體多結太陽能電池的大批量制造加速了這種技術的發展。與硅太陽能電池相比，III-V族化合物半導體多結太陽能電池具有更高的能量轉換效率，并且一般而言更耐輻射，但是它們在正確指定和制造方面往往更復雜。典型的商用III-V族化合物半導體多結太陽能電池在空氣質量為0(AM0)的一次太陽照射下的能量效率超過29.5％。與硅太陽能電池相比，III-V族化合物半導體太陽能電池的較高轉換效率部分地基于通過使用具有不同帶隙能量的多個串聯連接的光伏區域來實現入射輻射的光譜拆分的能力，以及以給定電流積聚來自每個區域的電壓。

在衛星和其它空間相關應用中，衛星電源系統的尺寸、質量和成本直接與所使用的太陽能電池的功率和能量轉換效率相關。換言之，有效載荷的尺寸和板上服務的可用性與所提供的功率量成比例。因此，隨著有效載荷越來越復雜因而使用日益增加的功率量，并且任務和應用預計將持續五年、十年、二十年或更長時間，太陽能電池的功率-重量比(W/kg)和功率-面積比(W/m²)以及壽命效率變得越來越重要。不僅在初始設置時，而且在衛星系統的整個使用壽命期間，或者在設計規范方面，不僅太陽能電池的每克重量和空間區域提供的功率的量越來越受關注，而且在指定的“壽命終期”(EOL)時提供的殘余功率的量越來越受關注，其中EOL受到太陽能電池在太陽能電池陣列的特定空間環境中隨時間的輻射暴露的影響，EOL的周期對于不同的任務和應用而言是不同的。

典型的III-V族化合物半導體太陽能電池在半導體晶片上以垂直、多結結構或太陽能子電池的堆疊序列制造，每個子電池用合適的半導體層形成并且包括p-n光活性結。每個子電池被設計為將在不同光譜或波長帶上的光子轉換成電流。在太陽光撞擊在太陽能電池的正面上之后，光子穿過子電池，其中每個子電池被設計為針對于具體波長帶的光子。在穿過子電池之后，未被吸收和轉換成電能的光子傳播到下一個子電池，在那里這些光子預期被俘獲并轉換成電能。

與入射的太陽光最接近的子電池常常被稱為“頂部”或“上部”子電池，或者在一些術語中被稱為“第一子電池”并且具有所有子電池中的最大帶隙，而位于第一子電池下方的子電池是“第二”、“第三”等子電池。