一种空间GaInP/GaAs/CuInGaSe三结电池外延片的制造方法与流程

本发明涉及空间飞行器电池的技术领域，尤其是指一种空间gainp/gaas/cuingase三结电池外延片的制造方法。

背景技术：

常规空间gainp/gainas/ge三结太阳电池具有光电转换效率高、抗辐照性能强、温度特性好以及晶格匹配易于规模化生产等优势,已成为空间飞行器的主要动力源。常规晶格匹配的三节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(1.90ev)/gainas(1.42ev)/ge(0.67ev)电池中ge子电池带隙宽度较小，覆盖的太阳光谱范围较宽，产生的电流密度远大于gainp和gainas子电池，造成了光谱的损失，这就限制了此结构电池的光电转化效率的提升。为进一步提高电池的光电转化效率，近年来发展出多种结构，如失配gainp/gainas/ge结构、倒装gaas结构和更多结电池等多种结构，虽然这些结构都能达到提高电池的光电转化效率的目的，但是因为晶格不匹配，都需要生长较厚的缓冲层，极大的增加了电池的成本，这也是至今未能取代常规空间gainp/gainas/ge晶格匹配电池的原因。

理论研究表明,1.9ev/1.42ev/1.0ev带隙组合的三结太阳电池能实现更好的电流匹配,am0光谱下的理论转换效率可达38％。gainp/gaas可以实现带隙1.9ev/1.42ev组合且晶格匹配，1ev的材料目前有ga0.7in0.3as、gainnas等材料。ga0.7in0.3as材料与gainp(1.9ev)晶格失配严重，gainnas晶体质量差、少子扩撒长度短，都不是理想的材料。寻找可用的带隙1.0ev左右的材料仍是是目前的热点之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种空间可用的由带隙宽度在1.0ev左右子电池构成的三结太阳能电池,1.9ev/1.42ev/1.0ev带隙组合的电池与太阳光谱更匹配，能提高电池的开路电压，并最终提高电池的光电转化效率。

为实现上述目的，本发明提出了一种空间gainp/gaas/cuingase三结电池外延片的制造方法，包括gaas衬底，所述的gaas衬底为双面抛光的n型gaas衬底单晶片，在所述的gaas衬底上表面沉积有gainp子电池、gaas子电池和gaas缓冲层，在所述的gaas衬底下表面溅射有cuingase子电池,gainp子电池和gaas子电池之间通过第一隧道结连接，gaas子电池与gaas缓冲层之间通过第二隧道结连接。

作为优选，所述cuingase子电池为p-n结构的cuingase/cds电池，从上至下依次包括有tco层(al-zno)、i-zno层、cds缓冲层、cuingase层、mo层、mona层。

作为优选，所述gainp子电池和cuingase子电池上分别设有电极。

作为优选，所述的gainp/gaas/cuingase三结电池的带隙组合为1.9ev/1.42ev/1.1ev。

本发明和现有技术比，具有如下优点和有益效果：

利用gaas双面生长衬底，并结合cuingase子电池的自身特点，在gaas衬底的上表面设有gainp子电池和gaas子电池，在其下表面设有带隙1.1ev左右的cuingase子电池，最终得到带隙组合1.9ev/1.42ev/1.1ev左右的三结太阳能电池，达到了三结电池的更佳的带隙组合，使得太阳光谱更有效的分割利用，提高电池对太阳光谱的利用率，从而显著提高了电池的光电转化效率。

附图说明

图1是本发明的三结太阳能电池结构示意图；

附图标识如下：

100：mona层；101：mo层；

102：cuingase层；103：cds缓冲层；

104：i-zno层；105：tco层；

106：gaas衬底；107：gaas缓冲层；

108：gaas隧穿结层；109：algaas/algainas(dbr)反射层；

110：gainp背场层；111：gaas基区层；

112：gaas发射区层；113：alinp窗口层；

114：gainp/algaas隧穿结层；115：algainp背场层；

116：gainp基区层；117：gainp发射区层；

118：alinp窗口层；119：gaas欧姆接触层。

具体实施方式

下面结合实例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施所述的一种空间gainp/gaas/cuingase三结电池外延片的制造方法，包括gaas衬底106，所述的gaas衬底为双面抛光的n型gaas单晶片，所述的gaas衬底106上表面从上至下依次沉积有n型gaas欧姆接触层119、gainp子电池、gainp/algaas隧穿结层114、gaas子电池、gaas隧穿结层108、gaas缓冲层107。

gainp子电池从上至下依次包括n型alinp窗口层118、n型gainp发射区层117、p型gainp基区层116、p型algainp背场层115。

gaas子电池从上至下依次包括n型alinp窗口层113、n型gaas发射区层112、p型gaas基区层111、p型gainp背场层110、p型algaas/algainas(dbr)反射层109。

gaas衬底106下表面溅射有guingase子电池，从上至下依次溅射有tco层105、i-zno层104、cds缓冲层103、cuingase层102、mo层101、mona层100。

gainp子电池与gaas子电池通过gainp/algaas隧穿结层114连接，gaas子电池和gaas缓冲层107之间通过gaas隧穿结层108连接,所述的gainp/gaas/cuingase三结太阳能电池的带隙组合为1.9ev/1.42ev/1.1ev。

下面为本实施例上述三结太阳能电池的具体制备过程，其情况如下：

首先，以4英寸双面抛光n型gaas单晶片为衬底，然后采用mocvd(金属有机化合物化学气相沉淀)或mbe(分子束外延生长技术)在gaas衬底的上表面依次沉积gaas缓冲层107、gaas隧穿结层108、p型algaas/algainas(dbr)反射层109、p型gainp背场层110、p型gaas基区层111、n型gaas发射区层112、n型alinp窗口层113、gainp/algaas隧穿结层114、p型algainp背场层115、p型gainp基区层116、n型gainp发射区层117、n型alinp窗口层118、n型gaas欧姆接触层119,最后将gaas衬底翻转180°，在gaas衬底表面采用磁控溅射(pvd)方法依次溅射tco层105、i-zno层104、cds缓冲层103、cuingase层102、mo层101、mona层100,即可完成空间gainp/gaas/cuingase三结电池外延片的制备。

综上所述，本发明利用n型gaas双面抛光衬底，在gaas上表面采用mocvd方法沉积带隙组合为1.9ev/1.42ev的gainp子电池和gaas子电池，在其下表面采用磁控溅射方法溅射带隙宽度1.1ev的cuingase子电池，最终得到带隙组合1.9ev/1.42ev/1.1ev的空间三结太阳能电池，达到了太阳光谱下更佳的带隙组合，使得太阳光谱更有效的分割利用，提高电池对太阳光谱的利用率，从而显著提高了电池的光电转化效率。

需要说明的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例做出若干改进和润饰，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。