專利名稱：空間用GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源以及空間電源-太陽(yáng)能光伏應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及空間太陽(yáng)同步 軌道下工作的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣。
背景技術(shù)：
GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣是一種采用GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池的光伏 供電裝置。砷化鎵太陽(yáng)電池是一種III-V族化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池，其具備較高的電子遷 移率與光吸收系數(shù)，在P-N結(jié)表面沉積了“窗口層”后，大大減少了表面復(fù)合損失，使其成為 目前最高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)電池之一。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣技術(shù)與國(guó)際 水平還有較大差距。國(guó)外GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵的批產(chǎn)效率為18. 0% 19. 5% (AMO, Isun)， 并進(jìn)行了大量空間飛行試驗(yàn)；而國(guó)內(nèi)的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣在太陽(yáng)同步軌道下 尚無(wú)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在開發(fā)一種可應(yīng)用于太陽(yáng)同步軌道或類似環(huán)境下，以GaAs/Ge單結(jié)砷化 鎵太陽(yáng)電池作為主電源的高效光伏供電裝置。為了上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣由左右兩翼， 每翼3塊，共6塊太陽(yáng)電池板，12998片GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池片組成，其中GaAS/Ge 單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池片由疊層太陽(yáng)電池、Ag互連條、蓋片膠與基板構(gòu)成，疊層太陽(yáng)電池采用 Ag互連片進(jìn)行串并連組合，并通過(guò)蓋片膠與基板粘接。本發(fā)明GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣供電裝置工作原理太陽(yáng)電池陣根據(jù)負(fù)載 需求進(jìn)行電池布局設(shè)計(jì)形成分陣，串聯(lián)疊加輸出電壓，并聯(lián)疊加輸出電流。分陣?yán)锰?yáng)電 池光生伏特的特性，在光照期將光能轉(zhuǎn)換為電能為負(fù)載提供穩(wěn)定高效的電能。本發(fā)明的特點(diǎn)采用金屬有機(jī)氣相外延(MOCVD)技術(shù)代替液相外延(LPE)技術(shù)制 備異質(zhì)結(jié)構(gòu)GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池，采用平行微間隙電阻焊接技術(shù)、空間太陽(yáng)電池 自動(dòng)封裝技術(shù)代替釬焊與人工封裝制造太陽(yáng)電池陣。使GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣具 有效率高、溫度系數(shù)低、抗輻照性能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。其可適應(yīng)LEO粒子輻射區(qū)與高能 量低密度等離子區(qū)輻射與充電環(huán)境，并完全適用于太陽(yáng)同步軌道溫度交變頻率高的工作條 件。本發(fā)明相關(guān)參數(shù)由左右2翼，每翼3塊，共6塊太陽(yáng)電池板組成，單板尺寸為 1500mmX 1350mm，總面積為12. 15m2，太陽(yáng)電池陣面積比功率為198W/m2 (垂直入射)，重量比 功率為98W/kg (垂直入射)。本發(fā)明通過(guò)MOCVD技術(shù)、平行微間隙電阻焊接技術(shù)、空間太陽(yáng)電池自動(dòng)封裝技術(shù) 在保證GaAs太陽(yáng)電池較高光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，大大提高了 GaAs太陽(yáng)電池組件的機(jī)械強(qiáng) 度、抗輻照性能，降低了生產(chǎn)成本。使GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 19% (AMO，lsim)，具有效率高、溫度系數(shù)低、抗輻照性能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)，并使其成功應(yīng)用于太陽(yáng)同步軌道的工作環(huán)境，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)太陽(yáng)同步軌道GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣 零的空白，在新能源領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣結(jié)構(gòu)組成側(cè)面圖。圖2為本發(fā)明GaAs/Ge疊層太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明太陽(yáng)電池陣左翼電原理圖。圖5為本發(fā)明太陽(yáng)電池陣右翼電原理圖。其中1為玻璃蓋片；2為Ag互連片；3為XY986蓋片膠；4為GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵 太陽(yáng)電池；5為硅橡膠；6為聚酰亞胺薄膜；7為碳纖維；8為鋁蜂窩板；9為碳纖維；10為基 板；31為上電極；32為P+-GaAs帽子層；33為雙層減反射膜；34為P-AlxGi^xAs窗口層；35 為P-GaAs發(fā)射區(qū)；36為N-GaAs基區(qū)；37為N+-Aly^vyAs背場(chǎng)；38為N+-GaAs初始層；39為 N-Ge襯底；30為下電極。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō) 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限 定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的構(gòu)成GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣的 GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池片由疊層太陽(yáng)電池(CIC)、Ag互連條、蓋片膠與基板10構(gòu)成。 蓋片膠3采用硅橡膠XY986，平均厚度為0. 06mm 0. 10mm?；?0由聚酰亞胺薄膜6、碳 纖維7、鋁蜂窩板8和碳纖維9構(gòu)成。疊層太陽(yáng)電池采用Ag互連片2進(jìn)行串并連組合，并通 過(guò)硅橡膠5與基板10粘接。疊層太陽(yáng)電池與Ag互連片2的焊接采用平行微間隙電阻焊接 技術(shù)，無(wú)焊料，屬電阻熱熔焊。如圖2所示，疊層太陽(yáng)電池CIC主要由玻璃蓋片1、蓋片膠3、Ag互連片2和GaAs/ Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池4組成。CIC通過(guò)空間太陽(yáng)電池自動(dòng)封裝系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)封裝，蓋片 膠3采用硅橡膠XY986，玻璃蓋片1厚度為0. 12mm。XY986蓋片膠3平均厚度為0. 06mm 0.10mm0如圖3所示，GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池的襯底39為N-Ge單晶。采用MOCVD 技術(shù)，首先外延生長(zhǎng)1 2μπι厚摻雜N+GaAs的緩沖層，在其上生長(zhǎng)摻Si施主濃度為(1 1.5) X IO17cnT3、厚度3 μ m的基區(qū)36，再生長(zhǎng)摻Zn受主濃度為3 X IO18cnT3、厚度0. 5 μ m的 P+-GaAs發(fā)射區(qū)35，之后生長(zhǎng)AlGaAs窗口層；34。圖3中，自上而下分別為上電極31、P+-GaAs 帽子層32、雙層減反射膜33 ；P-AlxGa1^xAs窗口層34、P-GaAs發(fā)射區(qū)35、N-GaAs基區(qū)36、 N+-AlyGa1^yAs 背場(chǎng) 37、N+-GaAs 初始層 38、N-Ge 襯底 39 和下電極 30。GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣電原理圖見(jiàn)圖4、圖5。太陽(yáng)電池陣由左右兩翼構(gòu) 成，根據(jù)負(fù)載電壓的不同需求分為SG與SC兩分陣。分陣SG的串聯(lián)數(shù)為51，并聯(lián)數(shù)為186 ； 分陣SC的串聯(lián)數(shù)為62，并聯(lián)數(shù)為49。其中單串電池串均串聯(lián)隔離二極管與母線反向隔離。4
本發(fā)明采用金屬有機(jī)氣相外延(MOCVD)技術(shù)代替液相外延(LPE)技術(shù)制備異質(zhì)結(jié) 構(gòu)GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池，采用平行微間隙電阻焊接技術(shù)、空間太陽(yáng)電池自動(dòng)封裝 技術(shù)代替釬焊與人工封裝制造太陽(yáng)電池陣。經(jīng)測(cè)試與應(yīng)用，太陽(yáng)電池陣可適應(yīng)工作溫度范 圍為-90°C +80°C，太陽(yáng)電池陣面積比功率為198W/m2 (垂直入射)、重量比功率為98W/ kg(垂直入射)，具有效率高、溫度系數(shù)低、抗輻照性能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。其可適應(yīng)LEO 粒子輻射區(qū)與高能量低密度等離子區(qū)輻射與充電環(huán)境，并完全適用于太陽(yáng)同步軌道溫度交 變頻率高的工作條件。
權(quán)利要求
1.一種GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣，其特征是，由左右兩翼，每翼3塊，共6塊太陽(yáng) 電池板，12998片GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池片組成，其中GaAS/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池 片由疊層太陽(yáng)電池、Ag互連條、蓋片膠與基板構(gòu)成，疊層太陽(yáng)電池采用Ag互連片進(jìn)行串并 連組合，并通過(guò)蓋片膠與基板粘接。
2.如權(quán)利要求1所述的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣，其特征是，單塊太陽(yáng)電池板的 尺寸為 1500mmX 1350mm，總面積為 12. 15m2。
3.如權(quán)利要求1所述的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣，其特征是，GaAs/Ge疊層太陽(yáng) 電池通過(guò)空間太陽(yáng)電池自動(dòng)封裝系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)封裝。
4.如權(quán)利要求1所述的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣，其特征是，蓋片膠采用硅橡膠 XY986，平均厚度為 0. 06mm 0. 10mm。
5.如權(quán)利要求1或4所述的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣，其特征是，GaAs/Ge單 結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池的襯底為N-Ge單晶，外延生長(zhǎng)1 2 μ m厚摻雜N+GaAs的緩沖層，在其 上生長(zhǎng)摻Si施主濃度為(1 1. 5) X 1017cm_3、厚度3 μ m的基區(qū)，再生長(zhǎng)摻Si受主濃度為 3 X IO18cnT3、厚度0. 5 μ m的P+-GaAs發(fā)射區(qū)，之后生長(zhǎng)AlGaAs窗口層。
全文摘要
本發(fā)明屬于新能源以及空間電源-太陽(yáng)能光伏應(yīng)用領(lǐng)域，具體公開了一種空間太陽(yáng)同步軌道下工作的GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣。本發(fā)明利用高效GaAs/Ge太陽(yáng)電池的光伏特性，在光照期將光能轉(zhuǎn)換為電能為負(fù)載提供穩(wěn)定高效的電能，其由左右兩翼，6塊太陽(yáng)電池板，共12998片GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池片組成，構(gòu)成單元主要包括基板、疊層GaAs/Ge太陽(yáng)電池、連接件與輸電電路等。本發(fā)明GaAs/Ge單結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池陣具有效率高、溫度系數(shù)低、抗輻照性能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)，其可適應(yīng)LEO粒子輻射區(qū)與高能量低密度等離子區(qū)輻射與充電環(huán)境，并完全適用于太陽(yáng)同步軌道溫度交變頻率高的工作條件。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102054884SQ200910198508
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者劉智, 杜春峰, 池衛(wèi)英, 王建立, 王訓(xùn)春, 陸劍峰, 韋祎 申請(qǐng)人:上?？臻g電源研究所