空间用三结太阳电池外延器件关键技术研究

摘要

随着人们生产生活水平的不断提高，对卫星等空间飞行器和太阳能无人机等临近空间飞行器的需求也日益增大。GaAs基多结太阳电池具有光电转换效率高、温度特性好、抗辐射能力强以及使用寿命长等优点，是目前空间飞行器和临近空间飞行器能源系统的核心组成部分，吸引了人们的广泛关注。高效率、轻质化是未来太阳电池发展的两个主要方向。本文主要对空间用晶格匹配三结太阳电池和空间用倒置三结太阳电池外延器件关键制备工艺开展研究，获得了一些阶段性成果，具体如下: 1、理论仿真和实验研究相结合，通过子电池结构的优化设计和外延生长工艺的不断摸索，最终获得了高效率空间用晶格匹配GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池。AMO光谱，25℃条件下，面积30.15cm2空间用晶格匹配GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池转换效率达到31％。能量1MeV的高能电子，总辐照剂量1×1015/cm2下的辐照测试结果显示，电池转换效率的辐照保留因子达到85.5％。通过减薄Ge衬底，成功开发了超薄型三结电池制备工艺，并最终获得了超薄型晶格匹配GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池，电池厚度达到50μm，重量比功率由常规的480W/Kg提高到了1400W/Kg。 2、使用MOCVD技术，通过优化AlInGaAs应力渐变缓冲层的外延结构以及外延生长条件，获得了弛豫度100％的应力渐变缓冲层，4寸外延片整面平均穿透位错密度达到5.4×106/cm2，最终获得了高质量的空间用Ga0.51In0.49P/GaAs/In0.3Ga0.7As倒置三结太阳电池外延片。使用AuAu键合和化学机械抛光工艺，成功开发出了倒置太阳电池器件工艺，最终制备的面积24cm2空间用Ga0.51In0.49P/GaAs/In0.3Ga0.7As倒置三结太阳电池在AMO，25℃下电池转换效率达到32％。能量1MeV的高能电子，总辐照剂量1×1015/cm2下电池转换效率的辐照保留因子达到85％，辐照后转换效率达到27.2％。在倒置太阳电池器件工艺基础上使用厚度40μm的可伐合金作为柔性支撑衬底，获得了面积24cm2柔性Ga0.51In0.49P/GaAs/In0.3Ga0.7As倒置三结太阳电池，AMO，25℃下电池转换效率达到31.7％，重量比功率达到1085W/Kg。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1太阳电池技术发展概述

1．2空间装备用太阳电池发展现状

1．3临近空间装备用太阳电池发展现状

1．4本文主要研究内容

第二章空间用太阳电池外延生长和器件表征

2．1 MOCVD外延生长技术

2．2空间用太阳电池器件表征

第三章空间用晶格匹配三结太阳电池研究

3．1空间用晶格匹配三结太阳电池结构设计

3．2子电池外延生长和性能表征

3．3空间用晶格匹配三结太阳电池性能优化

3．4超薄型晶格匹配三结太阳电池工艺制备

3．5本章总结

第四章空间用倒置三结太阳电池研究

4．1倒置三结太阳电池器件制备

4．2应力渐变缓冲层结构设计和外延生长

4．3空间用倒置三结太阳电池结构优化和性能表征

4．4柔性倒置三结太阳电池工艺制备

4．5本章总结

第五章总结与展望

参考文献

发表论文、授权专利及参加科研情况

致谢