[发明专利]一种高质量四结空间太阳电池及其制备方法

权利要求书

1.一种高质量四结空间太阳电池，包括Ge衬底，其特征在于：所述Ge衬底为p型Ge单晶片，在所述Ge衬底上面按照层状叠加结构由下至上依次设置有Ge子电池、GaInP成核层、GaInAs缓冲层、第一隧穿结、组分渐变缓冲层、DBR反射层、GaInAs子电池、第二隧穿结、AlGaInAs子电池、第三隧穿结、AlGaInP子电池；所述AlGaInAs子电池和AlGaInP子电池的基区与发射区之间形成耗尽层，且基区和发射区均为带隙渐变结构，基区的带隙随其Al组分沿远离衬底方向逐渐降低而降低，而发射区的带隙随其Al组分沿远离衬底方向逐渐增加而增加，通过在AlGaInAs子电池和AlGaInP子电池中引入带隙渐变结构，能够提高耗尽层的材料质量，降低光生载流子主要产生区域的少子复合速率，提高光生载流子收集效率，同时，渐变的带隙具有辅助背场的作用，使远离耗尽层的光生载流子向耗尽层漂移，并且，远离耗尽层的Al组分使AlGaInAs子电池和AlGaInP子电池的有效带隙更宽，有利于获得更高的开路电压。

2.根据权利要求1所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述GaInP成核层、GaInAs缓冲层与Ge衬底保持晶格匹配；所述DBR反射层、GaInAs子电池、AlGaInAs子电池、AlGaInP子电池保持晶格匹配，与Ge衬底及GaInP成核层、GaInAs缓冲层晶格失配，并通过引入组分渐变缓冲层完成两组晶格之间的过渡。

3.根据权利要求1所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述AlGaInAs子电池包含依次叠加的p型背场层、p型AlGaInAs带隙渐变基区、n型AlGaInAs带隙渐变发射区和n型窗口层，其中，AlGaInAs材料的In组分保持不变，禁带宽度为1.3～1.5eV。

4.根据权利要求3所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述p型AlGaInAs带隙渐变基区沿远离衬底方向Al组分线性降低，其带隙随Al组分线性降低而降低，厚度为1000～2000nm；所述n型AlGaInAs带隙渐变发射区沿远离衬底方向Al组分线性增加，其带隙随Al组分线性增加而增加，厚度为80～120nm。

5.根据权利要求1所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述AlGaInP子电池包含依次叠加的p型背场层、p型AlGaInP带隙渐变基区、n型AlGaInP带隙渐变发射区和n型窗口层，其中，AlGaInP材料的In组分保持不变，禁带宽度为1.8～2.1eV。

6.根据权利要求5所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述p型AlGaInP带隙渐变基区沿远离衬底方向Al组分线性降低，其带隙随Al组分线性降低而降低，厚度为400～600nm；所述n型AlGaInP带隙渐变发射区沿远离衬底方向Al组分线性增加，其带隙随Al组分线性增加而增加，厚度为40～60nm。

7.根据权利要求1所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述GaInP成核层为n型掺杂层，电子浓度为1×10¹⁸/cm³～1×10¹⁹/cm³，厚度为5～20nm；所述GaInAs缓冲层为n型掺杂层，电子浓度为5×10¹⁷/cm³～1×10¹⁹/cm³，厚度为500～1500nm；所述组分渐变缓冲层的材料为AlGaInP、AlGaInAs或GaInP，总厚度为2000～3000nm。

8.根据权利要求1所述的一种高质量四结空间太阳电池，其特征在于：所述DBR反射层的反射波长为900～1200nm，其组合层的对数为10～30对；所述GaInAs子电池包含依次叠加的p型背场层、p型基区、n型发射区和n型窗口层，总厚度为1500～3000nm，光学带隙为1.0～1.2eV。