[發(fā)明專利]一種高效三結(jié)砷化鎵太陽電池及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011235406.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112103356B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐培強(qiáng);寧如光;林曉珊;萬智;張銀橋;潘彬;王向武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌凱迅光電有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 南昌金軒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 孫文偉

本發(fā)明公開了一種高效三結(jié)砷化鎵太陽電池及制作方法，太陽電池自下向上依次為Ge襯底、底電池、緩沖層、中底隧穿結(jié)、第一組DBR，中電池、中頂隧穿結(jié)、頂電池和蓋帽層；其中，中電池由第二組DBR，In_0.01GaAs基區(qū)，GaInP發(fā)射區(qū)和AlInP窗口層組成。通過雙層DBR的引入，可大幅降低中電池基區(qū)的厚度，提高產(chǎn)品的輻照性能，同時(shí)，由于厚度的降低，可降低載流子遷移過程的復(fù)合幾率，提高開路電壓和短路電流密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效三結(jié)砷化鎵太陽電池及制作方法。

背景技術(shù)

三結(jié)砷化鎵（GaAs）太陽電池以其高轉(zhuǎn)換效率、材料晶格匹配易于實(shí)現(xiàn)和優(yōu)良的可靠性等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在太空領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。自2002年起，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的空間飛行器已經(jīng)全部采用砷化鎵三結(jié)太陽電池作為空間飛行器的主電源，近年來，國(guó)內(nèi)空間飛行器使用的主電源也正在從傳統(tǒng)的硅太陽電池向高效砷化鎵三結(jié)太陽電池過渡，其批產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到30%（AM0），在軌量超過850KW。隨著國(guó)家各項(xiàng)航天工程的實(shí)施，航天器的功能越來多，有效載荷的要求也越來越大，這對(duì)空間太陽電池的可靠性及轉(zhuǎn)換效率等提出更高的要求。

目前應(yīng)用的Ge襯底生長(zhǎng)的GaAs三結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)為GaInP/GaAs/Ge，為晶格匹配的電池結(jié)構(gòu)，其最高效率已接近30%(AM0)，由于受到帶隙不匹配的限制，轉(zhuǎn)換效率很難進(jìn)一步提高。采用帶隙匹配的太陽電池結(jié)構(gòu)，是提高三結(jié)砷化鎵太陽電池轉(zhuǎn)換效率的一種有效方式。一般來說，制作帶隙匹配的太陽電池，是通過多層緩沖層，逐步釋放應(yīng)力，達(dá)到目標(biāo)帶隙材料，該工藝方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但是存在生產(chǎn)耗時(shí)長(zhǎng)、原材料成本高、應(yīng)力釋放不徹底的問題，對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)帶來一系列問題。為解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新型的三結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)，在不增加生產(chǎn)成本的情況下，提高產(chǎn)品的可靠性及光電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高效三結(jié)砷化鎵太陽電池及制作方法，通過本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法的設(shè)置能夠解決背景技術(shù)中的問題。

一種高效三結(jié)砷化鎵太陽電池，太陽電池自下向上依次為Ge襯底、底電池、緩沖層、中底隧穿結(jié)、第一組DBR，中電池、中頂隧穿結(jié)、頂電池和蓋帽層；其中，中電池由第二組DBR，In_0.01GaAs基區(qū)，GaInP發(fā)射區(qū)和AlInP窗口層組成。

一種高效三結(jié)砷化鎵太陽電池的制作方法，制作方法包括如下步驟：

S1：在P型Ge襯底上，高溫下通過PH₃擴(kuò)散的形式，形成底電池發(fā)射區(qū)，然后生長(zhǎng)GaInP或AlGaInP成核層，成核層同時(shí)作為底電池的窗口層，厚度在0.01-0.03μm之間；

S2：生長(zhǎng)GaAs/In_0.01GaAs緩沖層，GaAs和In_0.01GaAs的厚度分別在0.1-0.8μm；

S3：生長(zhǎng)中底隧穿結(jié)，中底隧穿結(jié)為N⁺⁺GaAs/P⁺⁺GaAs結(jié)構(gòu)；

S4：生長(zhǎng)第一組DBR，第一組DBR由15～30對(duì)AlGaAs/InGaAs結(jié)構(gòu)組成；

S5：生長(zhǎng)中電池，其中，中電池包括第二組DBR，In_0.01GaAs基區(qū)，GaInP發(fā)射區(qū)和AlInP窗口層；

S6：生長(zhǎng)中頂隧穿結(jié)，中頂隧穿結(jié)為N⁺⁺GaInP/P⁺⁺AlGaAs結(jié)構(gòu)；

S7：生長(zhǎng)頂電池，頂電池由AlGaInP背電場(chǎng)、GaInP基區(qū)、GaInP發(fā)射區(qū)及AlInP窗口層組成；

S8：生長(zhǎng)GaAs蓋帽層，蓋帽層厚度在0.4-0.8μm之間。