[发明专利]一种高性能三结砷化镓太阳电池

说明书

本发明公开了一种高性能三结砷化镓太阳电池，包括Ge衬底，采用MOCVD技术在所述Ge衬底上外延生长Ge底电池、第一隧穿结、GaInAs中电池、第二隧穿结和GaInP顶电池；其中，在所述GaInP顶电池的发射区上沉积暂态金属氧化物TMO，得到TMO窗口层，该TMO窗口层的禁带宽度大于3.0eV，其暂态金属氧化物能够与GaInP顶电池的金属上电极形成良好的欧姆接触，其折射系数通过在1.4‑2.0的范围内变化调整，能够有效起到减反射膜的作用，并且通过优化暂态金属氧化物的光电性能，可以提高电池的短路电流和光电转换效率，同时也可以简化电池的结构，减少芯片工艺步奏，有效降低成本。

技术领域

本发明涉及太阳电池的技术领域，尤其是指一种高性能三结砷化镓太阳电池。

背景技术

目前，三结砷化镓由于光电转换效率高、抗辐照性能好已经被广泛的应用在空间电源系统。对于砷化镓太阳电池，传统的窗口层材料禁带宽度普遍在2.0eV左右，对蓝光有着明显的光吸收，因此有必要采用新的窗口层材料或者新的器件结构来提升顶电池的短波响应，改善中顶电池之间的电流匹配，进一步提升电池的整体性能。

砷化镓太阳电池的窗口层通常采用GaInP、AlGaInP、AlInP、AlCaAs等宽禁带材料来抑制界面复合和限制电荷反向扩散(窗口层位于减反膜和发射层之间)。为了提高电池对于光谱的利用，通常采用Al₂O₃/TiO₂、ZnS/MgF₂等双层膜作为砷化镓太阳电池的减反膜。然而以上的减反膜和理想的100％的透过效果还有相当的距离，而且成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种高性能三结砷化镓太阳电池，采用宽禁带的暂态金属氧化物作为三结砷化镓太阳电池的窗口层，其良好的光电性能可以替代传统的基于化合物半导体的窗口层材料，同时可以有效的减少入射光的反射。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种高性能三结砷化镓太阳电池，包括Ge衬底，采用MOCVD技术在所述Ge衬底上外延生长Ge底电池、第一隧穿结、GaInAs中电池、第二隧穿结和GaInP顶电池；其中，在所述GaInP顶电池的发射区上沉积暂态金属氧化物TMO，得到TMO窗口层，该TMO窗口层的禁带宽度大于3.0eV，其暂态金属氧化物能够与GaInP顶电池的金属上电极形成良好的欧姆接触，其折射系数通过在1.4-2.0的范围内变化调整，能够起到减反射膜的作用，并且通过优化暂态金属氧化物的光电性能，能够提高电池的短路电流和光电转换效率。

进一步，所述暂态金属氧化物为氧化钼或氧化钨。

进一步，所述Ge底电池、GaInAs中电池和GaInP顶电池晶格匹配；

所述GaInP顶电池包括按照层状结构依次叠加的P型掺杂AlInP或AlGaInP背场层，P型掺杂GaInP基区、n型掺杂GaInP发射区、TMO窗口层；其中，所述P型掺杂AlInP或AlGaInP背场层的厚度50-200nm，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3；所述P型掺杂GaInP基区的厚度300-600nm，掺杂浓度为1×10¹⁶-1×10¹⁷cm^-3；所述n型掺杂GaInP发射区的厚度50-100nm，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3；所述TMO窗口层的厚度30-200nm；

所述第二隧穿结包括按照层状结构叠加的n型GaInP层和p型AlGaAs层；其中，所述n型GaInP层的厚度5-30nm，掺杂浓度为1×10¹⁸-1×10²⁰cm^-3；所述p型AlGaAs层的厚度5-30nm，掺杂浓度为1×10¹⁸-1×10²⁰cm^-3；