本发明属于高效太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，本发明还涉及该太阳电池的制造方法。
背景技术：
随着航天科技的不断进步，航天器的功能越来越复杂，对电源负载功率的要求也越来越高，势必对太阳电池的性能，尤其是光电转换效率提出了更高的要求。而砷化镓(gaas)三结太阳电池以其较高的转换效率、长寿命和优良的可靠性等优势已经在太空领域得到广泛应用，成为空间飞行器的主电源。目前应用的ge衬底生长的gaas三结太阳电池结构为gainp/gaas/ge，为晶格匹配的电池结构，其最高效率已接近30％(am0)，由于受到带隙不匹配的限制，转换效率很难进一步提高。相比之下，带隙匹配的gaas三结太阳电池可以有效降低由于带隙不匹配带来的太阳光能浪费问题，在进一步提高三结太阳电池转换效率方面具有明显优势，该结构采用的是与衬底不匹配的中顶电池，为获得晶体质量高的中顶电池，常规做法是采用各种各样的缓冲层，释放掉因晶格失配带来的应力与位错，该类做法虽然可以获得太阳电池可用的晶体材料，但是仍然存在着较大的应力，对芯片的制作以及后续的安装都带来极大的不便，同时降低产品的成品率,增加产品成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、工艺简单，性能可靠，生产成本低的一种抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池。
本发明的技术方案如下：
一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，其特征在于，包括p型接触层、底电池、第一隧穿结、具有应变结构的dbr1(第一组分布式布拉格反射器)、中电池、第二隧穿结、具有应变结构的dbr2(第二组分布式布拉格反射器)、顶电池和n型接触层；
所述底电池、中电池和顶电池为三结子电池，由下至上依次排列；
所述底电池与中电池之间通过第一隧穿结连接；
所述第一隧穿结与所述中电池之间还设有dbr1；
所述中电池与所述顶电池之间通过第二隧穿结连接；
所述第二隧穿结与所述顶电池之间还设有dbr2；
所述底电池下层还设有p型接触层，所述p型接触层为p型ge衬底；
所述顶电池的上层还设有n型接触层，所述n型接触层为gaas材料的gaas窗口层。
作为优化，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；在所述p型接触层表面通过ph3扩散形成n-ge发射区和gainp成核层，所述p-ge基区为p型接触层和n-ge发射区的过渡区，p-ge基区作为底电池的基区；所述n-ge发射区厚度0.1～0.3μm，所述gainp成核层厚度0.03～0.10μm；所述底电池禁带宽度为0.67ev；
作为优化，所述第一隧穿结为n++gaas/p++gaas，其中，n++gaas层和p++gaas层厚度均在0.01～0.04μm，n++gaas的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++gaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
作为优化，在所述第一隧穿结与底电池间设有ingaas缓冲层，所述ingaas缓冲层厚度为0.5～1.5μm；
作为优化，所述dbr1(第一分布式布拉格反射器)由10～30对inalas/ingaas结构组成，其中，相邻的每对inalas/ingaas结构中，ingaas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为1％，inalas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为0.5％；每对inalas/ingaas结构中，inalas结构、ingaas结构的厚度根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤1200nm，n为对应algaas或者ingaas材料的折射率；
作为优化，所述中电池由下至上依次包括inalas背电场、inxga1-xas基区、inxga1-xas发射区、alinp或gainp窗口层组成，其中inxga1-xas基区和inxga1-xas发射区中in的组分x的范围是0.01≤x≤0.22；所述中电池禁带宽度为1.1～1.4ev，利于中电池吸收更多的太阳光，提高中电池的电流密度；inxga1-xas基区的厚度为1.5～2.5μm，inxga1-xas发射区的厚度为0.1～0.2μm，alinp或gainp窗口层厚度为0.05～0.15μm；alinp或gainp窗口层为alinp窗口层或gainp窗口层；
作为优化，所述的第二隧穿结为n++gainp/p++algaas，其中，n++gainp层与p++algaas层的厚度均为0.01～0.04μm，n++gainp的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++algaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
作为优化，所述dbr2(第二分布式布拉格反射器)由10～30对alinp/algainp结构组成，其中，其中，第一对alinp/algainp结构与中电池晶格晶格常数匹配一致，之后相邻的每对alinp/algainp结构结构的in摩尔组分按照阶梯式减少，alinp中in摩尔组分梯度为1％～3％，algainp中in摩尔组分梯度为1％～3％；每对alinp/algainp结构中，alinp结构、algainp结构的厚度根据λ/4n计算，其中650nm≤λ≤800nm，n为对应alinp或者algainp材料的折射率；
作为优化，所述顶电池由下至上依次包括algainp背电场、gayin1-yp基区、gayin1-yp发射区及alinp窗口层，其中gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区中ga的组分y的范围是0.30≤y≤0.50，所述顶电池禁带宽度为1.6～1.9ev，algainp背电场厚度为0.02～0.15μm，gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区的总厚度为0.5～1μm，alinp窗口层厚度0.03～0.05μm，有利于顶电池吸收更多的太阳光，提高顶电池的电流密度；
作为优化，所述p型接触层为p型ge的衬底，掺杂剂为ga，掺杂浓度在1×1018～10×1018/cm3；
作为优化，所述n型接触层为gaas材料的gaas窗口层，生长厚度为0.3～0.6μm,掺杂剂为te，se，si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度在3×1018～9×1018/cm3。
本发明还包括上述抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池的制作方法，其步骤为，
(1)制备底电池：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；在p型接触层表面通过ph3扩散形成n-ge发射区和gainp成核层，所述p-ge基区为p型接触层和n-ge发射区的过渡区，p-ge基区作为底电池的基区；所述n-ge发射区厚度0.1～0.3μm，所述gainp成核层厚度0.03～0.10μm；所述底电池禁带宽度为0.67ev；所述p型接触层为p型ge的衬底，掺杂剂为ga，掺杂浓度在1×1018～10×1018/cm3；
(2)制备第一隧穿结：在所述ingaas缓冲层的表面生长第一隧穿结，所述第一隧穿结为n++gaas/p++gaas，其中，n++gaas层和p++gaas层厚度均在0.01～0.04μm，n++gaas的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++gaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
(3)制备dbr1：在所述第一隧穿结的表面生长dbr1，所述dbr1(具有应变结构的第一分布式布拉格反射器)由10～30对inalas/ingaas结构组成，其中，相邻的每对inalas/ingaas结构中，ingaas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为1％，inalas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为0.5％；每对inalas/ingaas结构中，inalas结构、ingaas结构的厚度根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤1200nm，n为对应algaas或者ingaas材料的折射率；
(4)制备中电池：在所述dbr1的表面生长中电池，所述中电池由下至上依次包括inalas背电场、inxga1-xas基区、inxga1-xas发射区、alinp或gainp窗口层组成，其中inxga1-xas基区和inxga1-xas发射区中in的组分x的范围是0.01≤x≤0.22；所述中电池禁带宽度为1.1～1.4ev，利于中电池吸收更多的太阳光，提高中电池的电流密度；inxga1-xas基区的厚度为1.5～2.5μm，inxga1-xas发射区的厚度为0.1～0.2μm，alinp或gainp窗口层厚度为0.05～0.15μm；alinp或gainp窗口层为alinp窗口层或gainp窗口层；
(5)制备第二隧穿结：在所述中电池的表面生长第二隧穿结，所述第二隧穿结为n++gainp/p++algaas，其中，n++gainp层与p++algaas层的厚度均为0.01～0.04μm，n++gainp的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++algaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
(6)制备dbr2：在所述第二隧穿结的表面生长dbr2，所述dbr2(具有应变结构的第二分布式布拉格反射器)由10～30对alinp/algainp结构组成，其中，第一对alinp/algainp结构与中电池晶格晶格常数匹配一致，之后相邻的每对alinp/algainp结构结构的in摩尔组分按照阶梯式减少，alinp中in摩尔组分梯度为1％～3％，algainp中in摩尔组分梯度为1％～3％；每对alinp/algainp结构中，alinp结构、algainp结构的厚度根据λ/4n计算，其中650nm≤λ≤800nm，n为对应alinp或者algainp材料的折射率；
(7)制备顶电池：在所述dbr2的表面生长顶电池，所述顶电池由下至上依次包括algainp背电场、gayin1-yp基区、gayin1-yp发射区及alinp窗口层，其中gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区中ga的组分y的范围是0.30≤y≤0.50，所述顶电池禁带宽度为1.6～1.9ev，algainp背电场厚度为0.02～0.15μm，gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区的总厚度为0.5～1μm，alinp窗口层厚度0.03～0.05μm，有利于顶电池吸收更多的太阳光，提高顶电池的电流密度；
(8)制备n型接触层：在所述顶电池的表面生长n型接触层，所述n型接触层为gaas材料的gaas窗口层，生长厚度为0.3～0.6μm,掺杂剂为te，se，si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度在3×1018～9×1018/cm3。
作为优化，步骤(1)后制备ingaas缓冲层：在所述底电池的表面生长ingaas缓冲层，所述ingaas缓冲层厚度为0.5～1.5μm。
本发明电池包括p型接触层及通过ph3扩散形成的底电池，第一隧穿结，dbr1(具有应变结构的第一组布拉格反射器)，中电池，第二隧穿结，dbr2(具有应变结构的第二组布拉格反射器)，顶电池以及n型接触层。本发明中，中电池采用inxga1-xas材料，禁带宽度1.1～1.4ev，顶电池采用gayin1-yp材料，禁带宽度为1.6～1.9ev，采用dbr1和dbr2的形式释放应力和过滤位错，可以极大改善传统的直接生长缓冲层带来的应力释放不完全的问题，有效解决外延片的翘曲状况，同时改善外延生长的厚度及掺杂的均匀性，提高太阳电池的成品率及性能。另一方面，由于采用dbr1和dbr2的过渡形式，可以提高电池对太阳光的吸收，提高抗辐照性能。
附图说明
图1本发明砷化镓太阳电池的结构示意图
具体实施方式
下面为实施例，旨在对本发明做进一步说明，本发明可以具有多种不同的形式，该实施例仅是说明性的，不应将其解释为限于本文所陈述的实施例。
实施例1
一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池，包括p型接触层、底电池、第一隧穿结、具有应变结构的dbr1(第一组分布式布拉格反射器)、中电池、第二隧穿结、具有应变结构的dbr2(第二组分布式布拉格反射器)、顶电池和n型接触层；
所述底电池、中电池和顶电池为三结子电池，由下至上依次排列；
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；在所述p型接触层表面通过ph3扩散形成n-ge发射区和gainp成核层，所述p-ge基区为p型接触层和n-ge发射区的过渡区，p-ge基区作为底电池的基区；所述n-ge发射区厚度0.1～0.3μm，所述gainp成核层厚度0.03～0.10μm；所述底电池禁带宽度为0.67ev；
所述底电池与中电池之间通过第一隧穿结连接；
在所述第一隧穿结与底电池间设有ingaas缓冲层，所述ingaas缓冲层厚度为0.5～1.5μm；
所述第一隧穿结为n++gaas/p++gaas，其中，n++gaas层和p++gaas层厚度均在0.01～0.04μm，n++gaas的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++gaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
所述第一隧穿结与所述中电池之间还设有dbr1；
所述dbr1(第一分布式布拉格反射器)由10～30对inalas/ingaas结构组成，其中，相邻的每对inalas/ingaas结构中，ingaas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为1％，inalas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为0.5％；每对inalas/ingaas结构中，inalas结构、ingaas结构的厚度根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤1200nm，n为对应algaas或者ingaas材料的折射率；
所述中电池由下至上依次包括inalas背电场、inxga1-xas基区、inxga1-xas发射区、alinp或gainp窗口层组成，其中inxga1-xas基区和inxga1-xas发射区中in的组分x的范围是0.01≤x≤0.22；所述中电池禁带宽度为1.1～1.4ev，利于中电池吸收更多的太阳光，提高中电池的电流密度；inxga1-xas基区的厚度为1.5～2.5μm，inxga1-xas发射区的厚度为0.1～0.2μm，alinp或gainp窗口层厚度为0.05～0.15μm；alinp或gainp窗口层为alinp窗口层或gainp窗口层；
所述中电池与所述顶电池之间通过第二隧穿结连接；
所述的第二隧穿结为n++gainp/p++algaas，其中，n++gainp层与p++algaas层的厚度均为0.01～0.04μm，n++gainp的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++algaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
所述第二隧穿结与所述顶电池之间还设有dbr2；
所述dbr2(第二分布式布拉格反射器)由10～30对alinp/algainp结构组成，其中，其中，第一对alinp/algainp结构与中电池晶格晶格常数匹配一致，之后相邻的每对alinp/algainp结构结构的in摩尔组分按照阶梯式减少，alinp中in摩尔组分梯度为1％～3％，algainp中in摩尔组分梯度为1％～3％；每对alinp/algainp结构中，alinp结构、algainp结构的厚度根据λ/4n计算，其中650nm≤λ≤800nm，n为对应alinp或者algainp材料的折射率；
所述顶电池由下至上依次包括algainp背电场、gayin1-yp基区、gayin1-yp发射区及alinp窗口层，其中gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区中ga的组分y的范围是0.30≤y≤0.50，所述顶电池禁带宽度为1.6～1.9ev，algainp背电场厚度为0.02～0.15μm，gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区的总厚度为0.5～1μm，alinp窗口层厚度0.03～0.05μm，有利于顶电池吸收更多的太阳光，提高顶电池的电流密度；
所述底电池下层还设有p型接触层，所述p型接触层为p型ge衬底；所述p型ge衬底的掺杂剂为ga，掺杂浓度在1×1018～10×1018/cm3；
所述顶电池的上层还设有n型接触层，所述n型接触层为gaas材料的gaas窗口层，所述gaas窗口层生长厚度为0.3～0.6μm,掺杂剂为te，se，si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度在3×1018～9×1018/cm3。
实施例2
本实施例中各层生长均采用mocvd技术(metalorganicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)。
实施例1所述抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池的制作方法，其步骤为，
(1)制备底电池：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；在p型接触层表面通过ph3扩散形成n-ge发射区和gainp成核层，所述p-ge基区为p型接触层和n-ge发射区的过渡区，p-ge基区作为底电池的基区；所述n-ge发射区厚度0.1～0.3μm，所述gainp成核层厚度0.03～0.10μm；所述底电池禁带宽度为0.67ev；所述p型接触层为p型ge的衬底，掺杂剂为ga，掺杂浓度在1×1018～10×1018/cm3；
(2)制备ingaas缓冲层：在所述底电池的表面生长ingaas缓冲层，所述ingaas缓冲层厚度为0.5～1.5μm。
(3)制备第一隧穿结：在所述ingaas缓冲层的表面生长第一隧穿结，所述第一隧穿结为n++gaas/p++gaas，其中，n++gaas层和p++gaas层厚度均在0.01～0.04μm，n++gaas的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++gaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
(4)制备dbr1：在所述第一隧穿结的表面生长dbr1，所述dbr1(具有应变结构的第一分布式布拉格反射器)由10～30对inalas/ingaas结构组成，其中，相邻的每对inalas/ingaas结构中，ingaas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为1％，inalas中in摩尔组分阶梯式增加，梯度为1％～3％，初始in摩尔组分为0.5％；每对inalas/ingaas结构中，inalas结构、ingaas结构的厚度根据λ/4n计算，其中850nm≤λ≤1200nm，n为对应algaas或者ingaas材料的折射率；
(5)制备中电池：在所述dbr1的表面生长中电池，所述中电池由下至上依次包括inalas背电场、inxga1-xas基区、inxga1-xas发射区、alinp或gainp窗口层组成，其中inxga1-xas基区和inxga1-xas发射区中in的组分x的范围是0.01≤x≤0.22；所述中电池禁带宽度为1.1～1.4ev，利于中电池吸收更多的太阳光，提高中电池的电流密度；inxga1-xas基区的厚度为1.5～2.5μm，inxga1-xas发射区的厚度为0.1～0.2μm，alinp或gainp窗口层厚度为0.05～0.15μm；alinp或gainp窗口层为alinp窗口层或gainp窗口层；
(6)制备第二隧穿结：在所述中电池的表面生长第二隧穿结，所述第二隧穿结为n++gainp/p++algaas，其中，n++gainp层与p++algaas层的厚度均为0.01～0.04μm，n++gainp的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度3×1018～1×1019/cm3；p++algaas的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合，掺杂浓度要求2×1019～5×1019/cm3；
(7)制备dbr2：在所述第二隧穿结的表面生长dbr2，所述dbr2(具有应变结构的第二分布式布拉格反射器)由10～30对alinp/algainp结构组成，其中，第一对alinp/algainp结构与中电池晶格晶格常数匹配一致，之后相邻的每对alinp/algainp结构结构的in摩尔组分按照阶梯式减少，alinp中in摩尔组分梯度为1％～3％，algainp中in摩尔组分梯度为1％～3％；每对alinp/algainp结构中，alinp结构、algainp结构的厚度根据λ/4n计算，其中650nm≤λ≤800nm，n为对应alinp或者algainp材料的折射率；
(8)制备顶电池：在所述dbr2的表面生长顶电池，所述顶电池由下至上依次包括algainp背电场、gayin1-yp基区、gayin1-yp发射区及alinp窗口层，其中gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区中ga的组分y的范围是0.30≤y≤0.50，所述顶电池禁带宽度为1.6～1.9ev，algainp背电场厚度为0.02～0.15μm，gayin1-yp基区和gayin1-yp发射区的总厚度为0.5～1μm，alinp窗口层厚度0.03～0.05μm，有利于顶电池吸收更多的太阳光，提高顶电池的电流密度；
(9)制备n型接触层：在所述顶电池的表面生长n型接触层，所述n型接触层为gaas材料的gaas窗口层，生长厚度为0.3～0.6μm,掺杂剂为te，se，si其中的一种或者多种组合，掺杂浓度在3×1018～9×1018/cm3。
本发明底电池禁带宽度为0.67ev，中电池禁带宽度为1.1～1.4ev，顶电池禁带宽度为1.6～1.9ev，降低各个子电池之间的电流失配，减少太阳光能的损失，提高转换效率；同时，采用的具有应变结构的dbr，可以有效的释放晶格失配带来的应力和过滤晶格失配引入的位错；dbr可以有效反射中电池或顶电池中未被有效吸收的太阳光，提高各个子电池对太阳光的吸收，同时引入dbr可以减薄中、顶电池的厚度，提高中电池与顶电池抗辐照性能。