[发明专利]一种高效三结砷化镓太阳电池及制作方法

说明书

本发明公开了一种高效三结砷化镓太阳电池及制作方法，太阳电池自下向上依次为Ge衬底、底电池、缓冲层、中底隧穿结、第一组DBR，中电池、中顶隧穿结、顶电池和盖帽层；其中，中电池由第二组DBR，In_0.01GaAs基区，GaInP发射区和AlInP窗口层组成。通过双层DBR的引入，可大幅降低中电池基区的厚度，提高产品的辐照性能，同时，由于厚度的降低，可降低载流子迁移过程的复合几率，提高开路电压和短路电流密度。

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种高效三结砷化镓太阳电池及制作方法。

背景技术

三结砷化镓（GaAs）太阳电池以其高转换效率、材料晶格匹配易于实现和优良的可靠性等优势已经在太空领域得到了广泛的应用。自2002年起，国外发达国家的空间飞行器已经全部采用砷化镓三结太阳电池作为空间飞行器的主电源，近年来，国内空间飞行器使用的主电源也正在从传统的硅太阳电池向高效砷化镓三结太阳电池过渡，其批产转换效率已经达到30%（AM0），在轨量超过850KW。随着国家各项航天工程的实施，航天器的功能越来多，有效载荷的要求也越来越大，这对空间太阳电池的可靠性及转换效率等提出更高的要求。

目前应用的Ge衬底生长的GaAs三结太阳电池结构为GaInP/GaAs/Ge，为晶格匹配的电池结构，其最高效率已接近30%(AM0)，由于受到带隙不匹配的限制，转换效率很难进一步提高。采用带隙匹配的太阳电池结构，是提高三结砷化镓太阳电池转换效率的一种有效方式。一般来说，制作带隙匹配的太阳电池，是通过多层缓冲层，逐步释放应力，达到目标带隙材料，该工艺方式相对简单，但是存在生产耗时长、原材料成本高、应力释放不彻底的问题，对产品的产业化生产带来一系列问题。为解决上述问题，本发明设计一种新型的三结太阳电池结构，在不增加生产成本的情况下，提高产品的可靠性及光电性能。

发明内容

本申请提供了一种高效三结砷化镓太阳电池及制作方法，通过本发明结构和方法的设置能够解决背景技术中的问题。

一种高效三结砷化镓太阳电池，太阳电池自下向上依次为Ge衬底、底电池、缓冲层、中底隧穿结、第一组DBR，中电池、中顶隧穿结、顶电池和盖帽层；其中，中电池由第二组DBR，In_0.01GaAs基区，GaInP发射区和AlInP窗口层组成。

一种高效三结砷化镓太阳电池的制作方法，制作方法包括如下步骤：

S1：在P型Ge衬底上，高温下通过PH₃扩散的形式，形成底电池发射区，然后生长GaInP或AlGaInP成核层，成核层同时作为底电池的窗口层，厚度在0.01-0.03μm之间；

S2：生长GaAs/In_0.01GaAs缓冲层，GaAs和In_0.01GaAs的厚度分别在0.1-0.8μm；

S3：生长中底隧穿结，中底隧穿结为N⁺⁺GaAs/P⁺⁺GaAs结构；

S4：生长第一组DBR，第一组DBR由15～30对AlGaAs/InGaAs结构组成；

S5：生长中电池，其中，中电池包括第二组DBR，In_0.01GaAs基区，GaInP发射区和AlInP窗口层；

S6：生长中顶隧穿结，中顶隧穿结为N⁺⁺GaInP/P⁺⁺AlGaAs结构；

S7：生长顶电池，顶电池由AlGaInP背电场、GaInP基区、GaInP发射区及AlInP窗口层组成；

S8：生长GaAs盖帽层，盖帽层厚度在0.4-0.8μm之间。