一种基于双面抛光衬底的空间三结太阳能电池的制作方法

本实用新型涉及空间飞行器电池技术领域，具体是一种基于双面抛光衬底的空间三结太阳能电池。

背景技术：

现代航天工程的发展对电源系统的要求越来越高，一方面要求高功率，另一方面又要求尽量减少电源系统的质量、体积，同时要降低成本，自从20世纪90年代中期以来，以砷化镓电池为基础的高效率多结太阳电池得到大力发展，但是由于使用的工艺设备、原材料等原因，电池的质量比功率因刚性衬底的引入难以大幅度地降低，鉴于III-V族太阳能电池的光电转换效率高、抗辐射性能好、温度特性优越等优点，各国科研人员都在现有技术的基础上进行研究。

近年来，GaInP/GaInAs/Ge结构的砷化镓太阳能电池作为主要的电源被广泛应用于各种航天器，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。因此，本领域技术人员提供了一种基于双面抛光衬底的空间三结太阳能电池。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于双面抛光衬底的空间三结太阳能电池，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于双面抛光衬底的空间三结太阳能电池，包括GulnGaSe子电池、GaAs衬底、GalnAs子电池以及GalnP子电池，所述GaAs衬底为双面抛光的n型单晶片结构，所述GaAs衬底的下表面设置有GaAs缓冲层I，所述GulnGaSe子电池沉积于GaAs缓冲层I的下表面位置，所述GaAs衬底的上表面从下至上依次沉积有GalnAs子电池和GalnP子电池，所述GaAs衬底与GalnAs子电池之间通过GaAs缓冲层II和GaAs隧穿结连接，所述GaAs缓冲层II位于GaAs衬底和GaAs隧穿结之间，所述GalnAs子电池和GalnP子电池之间是通过GaInP/AlGaAs隧穿结进行连接，所述GalnP子电池的上表面沉积有厚度为200-800nm的n型GaAs帽层。

作为本实用新型再进一步的方案：所述GulnGaSe子电池从下至上依次溅射有厚度为600-800nm的MoNa层、厚度为300-350nm的Mo层、厚度为450-600nm的CuInGaSe层、厚度为900-1200nm的CdS缓冲层、厚度为300-400nm的i-ZnO层以及厚度为500-800nm的TCO层。

作为本实用新型再进一步的方案：所述GalnAs子电池从下至上依次溅射有厚度为50-80nm的P型AlGaAs/AlGaInAs(DBR)反射层、厚度为120-150nm的P型GaInP背场层、厚度为30-50nm的P型GaAs基区层、厚度为150-200nm的n型GaAs发射区层以及厚度为30-60nm的n型AlInP窗口层。

作为本实用新型再进一步的方案：所述GalnP子电池从下至上依次溅射有厚度为800-1000nm的P型AlGaInP背场层、厚度为300-600nm的P型GaInP基区层、厚度为200-250nm的n型GaInP发射区层以及厚度为150-300nm的n型AlInP窗口层。

作为本实用新型再进一步的方案：所述双面抛光的n型GaAs衬底下表面采用磁控溅射方法溅射GulnGaSe子电池，且双面抛光的n型GaAs衬底上表面采用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)沉积GalnAs子电池和GalnP子电池。

作为本实用新型再进一步的方案：所述GaInP/GaAs/CuInGaSe三结电池的带隙组合为1.9eV/1.42eV/1.1eV。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：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。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型GulnGaSe子电池的结构示意图；

图3为本实用新型GalnAs子电池的结构示意图；

图4为本实用新型GalnP子电池的结构示意图。

图中：1、GulnGaSe子电池；101、MoNa层；102、Mo层；103、CuInGaSe层；104、CdS缓冲层；105、i-ZnO层；106、TCO层；2、GaAs缓冲层I；3、GaAs衬底；4、GaAs缓冲层II；5、GaAs隧穿结；6、GalnAs子电池；601、AlGaAs/AlGaInAs(DBR)反射层；602、GaInP背场层；603、GaAs基区层；604、GaAs发射区层；605、AlInP窗口层；7、GaInP/AlGaAs隧穿结；8、GalnP子电池；801、AlGaInP背场层；802、GaInP基区层；803、GaInP发射区层；804、AlInP窗口层；9、GaAs帽层。

具体实施方式

请参阅图1，一种基于双面抛光衬底的空间三结太阳能电池，包括GulnGaSe子电池1、GaAs衬底3、GalnAs子电池6以及GalnP子电池8，GaAs衬底3为双面抛光的n型单晶片结构，GaAs衬底3的下表面设置有GaAs缓冲层I2，GulnGaSe子电池1沉积于GaAs缓冲层I2的下表面位置，GaAs衬底3的上表面从下至上依次沉积有GalnAs子电池6和GalnP子电池8，GaAs衬底3与GalnAs子电池6之间通过GaAs缓冲层II4和GaAs隧穿结5连接，GaAs缓冲层II4位于GaAs衬底3和GaAs隧穿结5之间，GalnAs子电池6和GalnP子电池8之间是通过GaInP/AlGaAs隧穿结7进行连接，GalnP子电池8的上表面沉积有厚度为200-800nm的n型GaAs帽层9，双面抛光的n型GaAs衬底3下表面采用磁控溅射方法PVD溅射GulnGaSe子电池1，且双面抛光的n型GaAs衬底3上表面采用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)沉积GalnAs子电池6和GalnP子电池8。

请参阅图2，GulnGaSe子电池1从下至上依次溅射有厚度为600-800nm的MoNa层101、厚度为300-350nm的Mo层102、厚度为450-600nm的CuInGaSe层103、厚度为900-1200nm的CdS缓冲层104、厚度为300-400nm的i-ZnO层105以及厚度为500-800nm的TCO层106。

请参阅图3，GalnAs子电池6从下至上依次溅射有厚度为50-80nm的P型AlGaAs/AlGaInAs(DBR)反射层601、厚度为120-150nm的P型GaInP背场层602、厚度为30-50nm的P型GaAs基区层603、厚度为150-200nm的n型GaAs发射区层604以及厚度为30-60nm的n型AlInP窗口层605。

请参阅图4，GalnP子电池8从下至上依次溅射有厚度为800-1000nm的P型AlGaInP背场层801、厚度为300-600nm的P型GaInP基区层802、厚度为200-250nm的n型GaInP发射区层803以及厚度为150-300nm的n型AlInP窗口层804。

GaInP/GaAs/CuInGaSe三结电池的带隙组合为1.9eV/1.42eV/1.1eV。

以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。