[发明专利]一种复合背面场空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法

说明书

本发明公开了一种复合背面场空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法，它优化了常规空间晶格匹配GaInP/GaInAs/Ge电池中的背面场层，即：本发明在空间晶格匹配GaInP/InGaAs/Ge电池中的中电池和顶电池分别引入复合背面场结构，中电池为Al_0.3Ga_0.7As/Ga_0.5In_0.5P复合背面场结构，顶电池为Al_0.33Ga_0.15In_0.52P/Al_0.1Ga_0.4In_0.5P复合背面场结构。通过复合背面场各层组分和浓度的设计，使背面场内形成导带阶和浓度梯度，使得背面场与基区间电场加强，从而使电池基区中产生的光生载流子到达背面场时反射效率提高，少子更好的被收集，从而提升了电池的光电转化效率。

技术领域

本发明涉及电池外延片的制造方法，尤其是涉及一种复合背面场空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法。

背景技术

GaAs太阳能电池是航天器的最主要动力来源，与其他光伏电池相比具有更高的光电转化效率、更强的抗辐照能力和更好的耐高温性能。空间GaAs电池中运用最普遍的是晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge结构，和其它GaAs电池结构如失配、倒装等结构相比，此结构工艺简单、成本较低，但缺点是光电转化效率较低，目前只能达到30％左右。

为了进一步提升空间GaInP/GaInAs/Ge晶格匹配电池的效率，同时不明显增加电池外延片制造成本，提高电池光生载流子的收集效率是一条途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化空间GaInP/GaInAs/Ge电池结构中背面场层、提高电池光电转化效率的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种复合背面场空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法，其中：分别在顶电池和中电池结构中增加复合背面场结构，通过复合背面场形成的浓度梯度和导带阶使背面场层和基区层之间形成更强的电场，提高背面场对光生载流子的少子的反射，同时提高对光生载流子多子的吸引，从而提高电池光生载流子的收集效率，提升电池的整体光电转化效率。

具体步骤如下：

运用MOCVD,在p-Ge衬底上依次沉积n-AlGaInP成核层、n-GaAs/n-GaInAs缓冲层、n++-GaAs/p++-GaAs隧穿结层、p-AlGaAs/p-AlGaInAs(DBR)反射层、p-Al_0.3Ga_0.7As/p-Ga_0.5In_0.5P复合背面场层、p-GaInAs基区层、再沉积n-GaInAs发射区层、n-AlInP窗口层、n++-GaInP/p++-AlGaAs隧穿结层、p-Al_0.33Ga_0.15In_0.52P/p-Al_0.1Ga_0.4In_0.5P复合背面场层、p-GaInP基区层、再沉积n-GaInP发射区层、n-AlInP窗口层和n+-GaAs欧姆接触层。

衬底材料为p型Ge衬底，衬底掺杂Ga源，掺杂浓度为0.2E18～3E18cm^-3,厚度为130～150μm，(100)偏〈111〉9°切角。

n-AlGaInP成核层厚度为0.01μm，掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3。

n-GaAs/n-GaInAs缓冲层厚度为0.5μm，掺杂浓度为≥1×10¹⁸cm^-3。