[发明专利]三结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间应用高效三结太阳能电池及其制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

从上个世纪50年代开始，空间太阳能电池的发展也经历了从Si到CdS，再到InP，一直到最近的InGaP/GaAs/Ge高效多结空间太阳能电池。为给卫星等太空飞行器提供电力，间太阳能电池需要在较大范围的光照强度和温度范围内正常工作。在空间电池会受到各种能量通量的质子电子照射引起其性能的衰降影响电源系统的正常工作。要在恶劣的太空环境中正常工作，太阳能电池的可靠性将受到严峻考验。以下几方面的特性至关重要：（1）高效率性：空间太阳能电池的安装面积是受到严格限制。（2）强抗辐射性：太空中带点粒子的辐照破坏特别环地球的中子辐射带，卫星和太空粒子摩擦等交互作用产生的大量的静电荷会降低电池半导体材料的性能；高剂量的紫外辐照和原子态氧的破坏作用，因此，空间太阳能电池需要具有强抗辐射性。（3）对电池重量的要求；（4）散热性：空间太阳能电池的散热主要依靠辐射，通过超出电池吸收边的红外波长的再辐射尽可能的降低电池的工作温度；（5）机械强度：能够承受发射过程造成的机械振动。

发明内容

本发明公布了一种高效空间三结太阳能电池及其制备方法

第一个方面，一种三结太阳能电池，其包括：Ge衬底；In_xGa_1-xAs渐变缓冲层，形成于所述Ge衬底之上；GaAs_xSb_1-x第一子电池，形成于渐变缓冲层上方，具有一第一带隙；InP第二子电池，形成于第一子电池上方，具有一大于第一带隙的第二带隙；Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y第三子电池，形成于第二子电池上方具有一大于第二带隙的第三带隙，晶格常数以第一、二子电池匹配。

第二个方面，一种三结太阳能电池的制备方法，其包括步骤：提供一Ge衬底，用于半导体外延生长；在所述衬底上形成In_xGa_1-xAs渐变缓冲层；在所述渐变缓冲层上方形成GaAs_xSb_1-x 第一子电池，使其具有第一带隙；在所述的GaAs_xSb_1-x 第一子电池上方形成InP第二子电池，使其具有一大于第一带隙的第二带隙；在所述第二子电池上方形成第三子电池，其材料为四元化合物Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y，使其具有大于第二带隙的第三带隙，晶格常数以第一、二子电池匹配。

附图说明

图1为1-MeV电子辐射下各太阳能电池的性能参数变化曲线。

图2为半导体晶格常数与带隙之间的关系图。

图3为根据本发明实施的一种高效空间三结太阳能电池的结构简图。

图4为图3所示太阳能电池中植入InAs量子点的第二子电池结构简图。

图中各标号表示：

100： Ge衬底

200：渐变缓冲层

300：第一子电池

301：第一子电池背场层

302：第一子电池基区

303：第一子电池发射区

304：第一子电池窗口层

400：第一二子电池之间的隧穿结

500：第二子电池

501：第二子电池背场层

502：第二子电池基区

503：第二子电池基区的InAs量子点结构

504：第二子电池发射区

505：第二子电池窗口层

600：第二三子电池之间的隧穿结

700：第三子电池

701：第三子电池背场层

702：第三子电池基区

703：第三子电池发射区

704：第三子电池窗口层

800：重掺杂盖帽层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。