[发明专利]应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法，包括按层状结构依次叠加的3～15层AlAs/Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;/AlGaInAs组合层和5～25层AlInP/AlGaInP组合层，AlAs/Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;/AlGaInAs组合层和AlInP/AlGaInP组合层的层数总和不超过35层，AlInP/AlGaInP组合层是由层状叠加的AlInP层和AlGaInP层构成，AlAs/Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;/AlGaInAs组合层是由层状叠加的AlAs/Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;组合层和AlGaInAs层构成，其中，AlAs/Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;组合层中的Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;是由一部分AlAs经过高温湿法氧化而成，且生成的Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;折射率比余下的AlAs低，从而能拓宽DBR的反射光子范围。本发明可以避免传统DBR结构反射光子能量的范围不够宽，造成E+ΔE范围内一部分高能粒子不能被有效吸收的情况，将DBR本身的优势作用发挥到极致。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电的技术领域，尤其是指一种应用于多结太阳能电池的复合DBR结构及其制备方法。

背景技术

近年来，不断有通讯报道航空航天科技取得令人瞩目的新成果，说明其相关领域的技术水也在不断进步和提高。其中，空间电源是航天器通信、数据传输、空间观测以及试验研究的能量来源，随着世界宇航业的迅猛发展和空间竞争的不断加剧，对空间主电源提出了更高的要求：长寿命、高功率、耐高温、低成本，这也是空间电源研究和提升的方向。

高效三结GaAs太阳电池与目前广泛使用的硅太阳电池相比，具有更高的光电转换效率、更强的抗辐照能力、更好的耐高温性能、更小的重量，是国际公认最具竞争力的新一代太阳电池，正在航天领域逐步得到广泛应用。但实际上，GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池作为砷化镓多结电池的主流结构，其带隙组合1.85/1.42/0.67eV对于太阳光光谱并不是最佳的，原因在于Ge底电池的短路电流要比中电池和顶电池的大很多，由于串联结构的电流限制原因，造成很大部分底电池电流转换成热量损失掉。为了提高电池性能，途径一是调整优化带隙组成，即通过提高中顶电池的In组分将带隙调整为1.82～1.87/1.3～1.4/0.67eV；途径二是增加电池结数充分吸收利用光谱能量，比如AlGaInP/AlGaInAs/GaInAs/Ga1-3yIn3yNyAs1-y/Ga1-3xIn3xNxAs1-x/Ge六结太阳能电池结构设计。目前，途径一是日渐趋于成熟的技术路线。设计与实验表明，为了将分段光谱能量充分吸收，各子电池厚度必须足够厚，基本在2～3.5微米，这种情况下，太阳能电池在太空环境中受到大量高能粒子辐照，材料质量变差，尤其是砷化物子电池更为严重，导致各子电池性能有不同程度地衰减，最终影响电池整体的性能。

研究表明，在子电池下方加入适当的DBR(Distributed Brag Reflector分布式布拉格反射层)结构可以在很大程度上使问题得到缓解。这是因为通过调节DBR结构反射相应波段的太阳光，可使初次没有被材料吸收的光子反射回去被二次吸收，相当于变相地增加了“有效吸收厚度”，因此该子电池设计厚度得以大幅降低，电池厚度减薄可以使电池的抗辐照性能显著提升，对于材料质量差少子寿命短的材料还可有效提高少子收集数量。

然而，传统DBR结构的反射波段较窄，不能够很好地涵盖子电池的吸收波段，比如带隙组合1.85/1.33/0.67eV三结电池的中子电池，本该吸收波段670～920nm，但由于材料本身性质的限制，传统DBR(一般为AlGaInAs/AlGaInAs组合层)反射波段仅涵盖150nm左右，导致部分光子不能被反射回有源区再次吸收利用。如果用两种DBR范围的组合层材料简单叠加，每套DBR必须生长足够的对数才会达到理想反射效果，这无疑会增加整体DBR厚度，提高外延源耗及时间成本。

发明内容