一种抗辐照五结太阳能电池及其制作方法与流程
本发明涉及太阳能电池的，尤其涉及一种抗辐照五结太阳能电池及其制作方法。
背景技术：
1、iii-v多结太阳能电池(mjsc)是迄今为止证明的用于太空和陆地应用的最高效率光伏器件。目前，超过90％的太空任务使用高效mjsc作为主要动力源。更高的效率对航天器来说是极具重要作用的，因为它们减少了给定功率输出所需的太阳能电池板重量，这将降低发射成本或增加有效载荷。在我国的月球探测计划(clep)中，效率超过36％的太阳能电池已被指定用于正在进行的任务。mjsc通过减少能量转换过程中的载流子热化损耗，以实现更高的效率。
2、半导体键合(sbt)太阳能电池和倒置变质(imm)太阳能电池是实现多结太阳电池的两种不同途径，目前已经制造出具有四到六个结设计的高效太阳电池。spectrolab制造的sbt五结电池在标准空间光谱(am0)下的单倍转换效率为35.8％-36％。超高效率的多结太阳电池已是人们关注的研究热点。
3、目前，在现有的多结太阳电池制造工艺中，半导体键合多结电池与倒置多结太阳能电池存在明显缺点。其中，半导体键合需要两种衬底经过两次外延，外延成本高昂，且键合的芯片制程工艺需要材料高质量的表面清洁和钝化，工艺繁琐、良率低。而倒置多结太阳由于子电池结数多，所需的外延单次时间很长，工艺难以控制，容易造成表面和性能良率差，以及制造成本高昂。另外，在太空环境中存在高能辐射粒子能对太阳电池器件性能产生致命影响，太阳电池应用需要充分考虑效率辐照衰减问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种抗辐照五结太阳能电池及其制作方法。本发明所述五结太阳电池包含多个布拉格反射层，可减薄对应子电池厚度，提高有源区载流子寿命，从而提升抗辐照性能，提高电池末期使用效率。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、第一方面，本发明提供了一种抗辐照五结太阳能电池，先采用倒置生长在gaas衬底的上表面依次设置第一缓冲层、组分阶变缓冲层、第四子电池、组分阶变布拉格反射层、第四隧穿结、第五子电池、第三布拉格反射层、电极接触层；然后采用正向生长方向在gaas衬底的下表面依次设置第二缓冲层、第三隧穿结、第二布拉格反射层、第三子电池、第二隧穿结、第一布格拉反射层、第二子电池、第一隧穿结、第一子电池、帽子层；
4、所述第一布拉格反射层、第二布拉格反射层、组分阶变布拉格反射层、第三布拉格反射层的反射波长分别为a、b、c、d(单位：nm)，所述第一子电池、第二子电池、第三子电池、第四子电池、第五子电池的截止波长分别为a、b、c、d、e(单位：nm)，满足：a≤a≤b≤b≤c≤c≤d，e-100≤d≤e+100；
5、所述组分阶变布拉格反射层由10-30组p型alxga1-xinas/alyga1-yinas反射层组成，x取值为0-0.2，y取值为0.5-0.9；其中至少两组反射层形成过冲反射层，所述过冲反射层的晶格常数大于第五子电池的晶格常数，第四子电池至过冲反射层之间的反射层晶格常数逐渐增大，过冲反射层至第五子电池之间的反射层晶格常数逐渐减小。
6、优选地，所述第一布拉格反射层、第二布拉格反射层、第一缓冲层、第二缓冲层、组分阶变缓冲层、组分阶变布拉格反射层的材料带隙分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，满足：1240/b≤x1，1240/c≤x2，1240/c≤x3，1240/c≤x4，1240/c≤x5，1240/d≤x6。
7、优选地，所述第五子电池晶格常数＞第四子电池晶格常数＞衬底晶格常数，所述第一缓冲层、第二缓冲层、第一子电池、第二子电池、第三子电池、帽子层与衬底晶格匹配。
8、优选地，所述组分阶变布拉格反射层由10-30组反射层组成，其中至少两组反射层形成过冲反射层，所述过冲反射层的晶格常数大于第五子电池的晶格常数。第四子电池至过冲反射层之间的反射层晶格常数逐渐增大，过冲反射层至第五子电池之间的反射层晶格常数逐渐减小。
9、优选地，所述组分阶变缓冲层为厚度2000nm的n型algainas，掺杂浓度为2×1018cm-3，algainas材料带隙不小于第三子电池。
10、优选地，所述组分阶变缓冲层至少包含一层过冲层，过冲层的in组分大于第四子电池的in组分。第一缓冲层至过冲层之间的组分阶变缓冲层in组分逐渐增大，过冲层至第四子电池之间的组分阶变缓冲层in组分逐渐减小。
11、优选地，所述组分阶变布拉格反射层由10-30组p型alxga1-xinas/alyga1-yinas反射层组成，x取值为0-0.2，y取值为0.5-0.9。其中至少两组反射层形成过冲反射层，过冲反射层的in组分大于第五子电池的in组分。第四子电池至过冲反射层之间的反射层in组分逐渐增大，过冲反射层至第五子电池之间的反射层in组分逐渐减小。
12、优选地，所述第一缓冲层和第二缓冲层的厚度均为500nm的n型gaas，掺杂浓度均为2×1018cm-3。
13、优选地，所述第五子电池的材料为ingaas，其带隙大小为0.75ev。第五子电池沿生长方向依次包含alingaas窗口层、n型ingaas发射区、p型ingaas基区、p型alingaas背电场。
14、优选地，所述第四子电池的材料为ingaas，其带隙大小为1.0ev。第四子电池沿生长方向依次包含alingaas窗口层、n型ingaas发射区、p型ingaas基区、p型alingaas背电场。
15、优选地，所述第三子电池材料为gaas，其带隙大小为1.42ev。第三子电池沿生长方向依次包含p型algaas背电场、p型gaas基区、n型gaas发射区、n型alinp窗口层。
16、优选地，所述第二子电池材料为algaas，其带隙大小为1.7ev。第二子电池沿生长方向依次包含p型algaas背电场、p型algaas基区、n型algaas发射区、n型alinp窗口层。
17、优选地，所述第一子电池材料为algainp，其带隙大小为2.0ev。第一子电池沿生长方向依次包含p型algainp背电场、p型algainp基区、n型algainp发射区、n型alinp窗口层。
18、优选地，所述第三布拉格反射层由10-30组p型alxga1-xinas/alyga1-yinas反射层组成，x取值为0-0.2，y取值为0.5-0.9。
19、优选地，所述第二布拉格反射层由10-30组p型alxga1-xas/alyga1-yas反射层组成，x取值为0-0.2，y取值为0.5-0.9。
20、优选地，所述第一布拉格反射层由10-30组p型alxga1-xas/alyga1-yas反射层组成，x取值为0.25-0.4，y取值为0.5-0.9。
21、优选地，所述电极接触层为厚度500nm的p型ingaas，掺杂浓度为5×1018cm-3。
22、优选地，所述第四隧穿结沿生长方向依次包含厚度为20nm、掺杂浓度为1×1020cm-3的p型alingaas和厚度为20nm、掺杂浓度为1×1019cm-3的n型alingaas。
23、优选地，所述第三隧穿结沿生长方向依次包含厚度为20nm、掺杂浓度为1×1019cm-3的n型algaas和厚度为20nm、掺杂浓度为1×1020cm-3的p型algaas。
24、优选地，所述第二隧穿结、第一隧穿结沿生长方向依次包含厚度为20nm、掺杂浓度为1×1019cm-3的n型gainp和厚度为20nm、掺杂浓度为1×1020cm-3的p型algaas。
25、优选地，所述帽子层为厚度500nm的n型gaas，掺杂浓度为5×1018cm-3。
26、第二方面，本发明还提供一种抗辐照五结太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
27、(1)先在gaas衬底的上表面依次倒置生长第一缓冲层、组分阶变缓冲层、第四子电池、组分阶变布拉格反射层、第四隧穿结、第五子电池、第三布拉格反射层、电极接触层；
28、(2)然后在gaas衬底的下表面依次正向生长第二缓冲层、第三隧穿结、第二布拉格反射层、第三子电池、第二隧穿结、第一布拉格反射层、第二子电池、第一隧穿结、第一子电池、帽子层。
29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
30、相比传统的三结太阳电池，五结太阳电池由五个子电池串联，具有更精细的带隙分配以及更复杂的材料体系，其子电池对辐照衰退更加敏感，因此抗辐照性能不易优化。本发明所述五结太阳能电池通过结构的优化设计，包含了多个布拉格反射层，可减薄对应子电池厚度，提高有源区载流子寿命，从而提升抗辐照性能，提高电池末期使用效率。
技术特征：
1.一种抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，先采用倒置生长在gaas衬底的上表面依次设置第一缓冲层、组分阶变缓冲层、第四子电池、组分阶变布拉格反射层、第四隧穿结、第五子电池、第三布拉格反射层、电极接触层；然后采用正向生长在gaas衬底的下表面依次设置第二缓冲层、第三隧穿结、第二布拉格反射层、第三子电池、第二隧穿结、第一布格拉反射层、第二子电池、第一隧穿结、第一子电池、帽子层；
2.如权利要求1所述的抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，所述第一布拉格反射层、第二布拉格反射层、第一缓冲层、第二缓冲层、组分阶变缓冲层、组分阶变布拉格反射层的材料带隙分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6，满足：1240/b≤x1，1240/c≤x2，1240/c≤x3，1240/c≤x4，1240/c≤x5，1240/d≤x6。
3.如权利要求1所述的抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，所述第五子电池晶格常数＞第四子电池晶格常数＞衬底晶格常数，所述第一缓冲层、第二缓冲层、第一子电池、第二子电池、第三子电池、帽子层与衬底晶格匹配。
4.如权利要求1所述的抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，所述第一缓冲层和第二缓冲层的厚度均为500nm的n型gaas，掺杂浓度均为2×1018cm-3。
5.如权利要求1所述的抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，所述第五子电池的材料为ingaas；所述第四子电池的材料为ingaas；所述第三子电池材料为gaas；所述第二子电池材料为algaas；所述第一子电池材料为algainp。
6.如权利要求1所述的抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，至少包括(a)～(c)中的一种：
7.如权利要求1所述的抗辐照五结太阳能电池，其特征在于，至少包括(a)～(c)中的一种：
8.如权利要求1-7任一项所述的抗辐照五结太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
技术总结
本发明公开了一种抗辐照五结太阳能电池及其制作方法，涉及太阳能电池的技术领域。本发明所述五结太阳能电池先采用倒置生长在衬底的上表面依次设置第一缓冲层、组分阶变缓冲层、第四子电池、组分阶变布拉格反射层、第四隧穿结、第五子电池、第三布拉格反射层、电极接触层；后采用正向生长在衬底的下表面依次设置第二缓冲层、第三隧穿结、第二布拉格反射层、第三子电池、第二隧穿结、第一布格拉反射层、第二子电池、第一隧穿结、第一子电池、帽子层。本发明所述五结太阳电池具有多个布拉格反射层，可减薄对应子电池厚度，提高有源区载流子寿命，从而提升辐照性能，提高电池末期使用效率。
技术研发人员：张坤铭,张雷,许堃
受保护的技术使用者：江苏仲磊芯半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23