[发明专利]一种基区带隙递变的空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法

说明书

本发明公开了一种基区带隙递变的空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法，它是将常规晶格匹配电池的顶电池基区改为宽带隙、带隙递变、晶格常数一致的结构，即：本发明在空间GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配电池的顶电池基区引入宽带隙p‑Al_xGa_yIn_1‑x‑yP/GaInP材料。通过组分的变化，使得基区层带隙递减、同时各层晶格参数相同。与常规空间GaInP/InGaAs/Ge电池相比，本结构在抑制位错密度的同时，能增加光生载流子少子的收集效率，同时提升电池的开路电压，从而改善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技术领域，尤其是涉及一种基区带隙递变的空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法。

背景技术

GaAs太阳能电池是空间飞行器的主要动力来源，与其他光伏电池相比具有抗辐射性能好，光电转化效率高等特点。空间用的GaAs太阳能电池发展有常规晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge结构、失配GaInP/GaInAs/Ge结构、倒装GaAs结构和更多节电池等多种结构。常规晶格匹配GaInP/GaInAs/Ge结构较其他结构光电转化效率低，但由于不需要生长较厚的缓冲层使其制造成本较低，是目前空间电池最常用的结构。

晶格匹配的三节GaInP/GaInAs/Ge结构由于晶格匹配，外延生长过程中位错密度较少，光电转化效率能达到30％左右，但由于GaInP和GaInAs晶格参数固定，导致了结构中顶电池和中电池禁带宽度并非是最优的带隙组合，这就限制了此结构电池的开路电压和光电转化效率。

为了进一步提升空间GaInP/GaInAs/Ge晶格匹配电池的效率，同时控制电池外延片制造成本，优化顶电池或中电池带隙是一条途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基区带隙递变的空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法，即优化空间GaInP/InGaAs/Ge匹配结构顶电池带隙、提高电池开路电压的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种基区带隙递变的空间GaInP/GaInAs/Ge电池外延片的制造方法，其中：在顶电池基区沉积四元系材料Al_xGa_yIn_1-x-yP，通过改变Al、Ga和In的组分使其禁带宽度递变；设计的Al_xGa_yIn_1-x-yP禁带宽度较顶电池GaInP禁带宽度增大，使得电池的开路电压增加；同时禁带宽度的递减设计使得顶电池基区形成导带带阶，有利于光生载流子少子的收集；另外通过Al_xGa_yIn_1-x-yP组分的控制使得其与GaInP晶格匹配，减少位错引起的复合，从而提升整个电池的光电转化效率。

具体步骤如下：

运用MOCVD设备技术，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-GaInP背场层，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-AlGaInP背场层，p-Al_xGa_yIn_1-x-yP/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-Ge，厚度为130～150μm，掺杂Ga源、掺杂浓度为0.2E18～3E18cm^-3,9°切角；

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