[发明专利]一种新型砷化镓太阳电池及制作方法

说明书

本发明涉及一种新型砷化镓太阳电池及制作方法，属于太阳电池技术领域。所述一种新型砷化镓太阳电池衬底层、于所述衬底层依次外延生长的底电池、GaAs缓冲层、第一隧穿结、第一DBR层、中电池、第二隧穿结、第二DBR层、顶电池和盖帽层；通过在中电池和顶电池中分别在靠近窗口层一侧采用含Al的组分渐变有源区，可改善因不同材料之间折射率的不同而引起的反射情况，提高太阳光的吸收几率，增加太阳电池对太阳光的吸收，提高太阳电池的光电转换效率和抗辐照性能。

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，具体涉及一种新型砷化镓太阳电池及制作方法。

背景技术

与传统的硅（Si）太阳电池相比，三结砷化镓（GaInP/GaAs/Ge）太阳电池具有转换效率高、可靠性强及温度系数小等优点，已经被广泛应用到空间飞行器中，如深空探测器、各类卫星、载人飞船等，为这些航天设备提供源源不断的能源供应。常规的三结砷化镓太阳电池为晶格匹配型结构，工艺相对简单易实现，随着技术的不断进步，结构太阳电池的平均转换效率已经非常接近其半经验理论技术31.8%，为了进一步提升其光电性能，单纯的从材料质量及掺杂等方式提升的空间非常有限。为此，本申请人提供一种新型砷化镓太阳电池及制作方法，从光学的角度出发，提升太阳电池对太阳光的吸收率，进而提升该电池结构的转换效率。

发明内容

基于现有技术的不足之处，本发明提供一种新型砷化镓太阳电池及制作方法，通过在靠近窗口层一侧采用含Al的组分渐变有源区，可改善因不同材料之间折射率的不同而引起的反射情况，提高太阳光的吸收几率，并增加电池材料的带隙，进而增加开路电压；并且，由于Al原子的原子键能强，可降低因高能粒子穿透引起的空位等缺陷，提升辐照性能。

基于此，本发明提供一种新型砷化镓太阳电池，所述太阳电池包括：

衬底层；

于所述衬底层依次外延生长的底电池、GaAs缓冲层、第一隧穿结、第一DBR层、中电池、第二隧穿结、第二DBR层、顶电池和盖帽层；

其中，所述中电池沿生长方向依次包括AlGaAs背电场、InGaAs基区、AlInGaAs渐变基区、AlInGaAs渐变发射区和GaInP窗口层，所述AlInGaAs渐变基区和所述AlInGaAs渐变发射区组成AlInGaAs分段式渐变结构；

所述AlInGaAs分段式渐变结构中，Al组分y₁：

其中，y₁为由GaInP窗口层处沿中电池背电场方向x₁处的Al组分，d₁为中电池基区与发射区厚度之和，Al_x为AlInGaAs材料的Al组分初始值，范围为70%～90%；In组分为0.01，Ga组分为0.99-y₁；

所述顶电池沿生长方向依次包括AlGaInP背电场、GaInP基区、AlGaInP渐变基区、AlGaInP渐变发射区和AlInP窗口层，所述AlGaInP渐变基区和所述AlGaInP渐变发射区组成AlGaInP分段式渐变结构；

所述AlGaInP分段式渐变结构中Al组分y₂：

其中，y₂为由AlInP窗口层处沿顶电池背电场方向x₂处的Al组分，d₂为顶电池基区与发射区厚度之和；In组分为0.5，Ga组分为0.5-y₂。

优选地，所述底电池由下至上依次包括P-Ge基区、N-Ge发射区和GaInP成核层；

P-Ge基区作为底电池的基区，是由P型Ge衬底构成；