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第三代太阳能电池,三结砷化镓太阳能电池以其转换效率最高、温度特性较好、抗辐照能力强等诸多优点,成为了前景广阔的地面聚光光伏和航天领域的空间电源的关注热点,为缓解社会环境问题、能源危机和国家的航天事业的发展具有重大的意义。然而,现在三结砷化镓太阳能电池在产业链的上游,外延与芯片方面国内的研究非常薄弱,为进一步降低地面聚光光伏的成本和增强空间电池可靠性,电池性能有待进一步提升。本文以制作高效地面和空间应用的三结砷化镓太阳能电池为目的,通过提高电池效率和提升电池隧道结性能,提高了电池在更高倍聚光条件下的性能,量产出在750倍聚光下40.7%的效率;通过实验分析空间电池辐照下的损伤特征,设计了空间电池的抗辐照结构,并进行了实验验证,最终辐照后效率提升了2.3%,经过外延与芯片工艺的优化,完成了效率在31%以上的空间电池。论文首先对涉及的外延生长和芯片制作的关键技术和关键参数给予了分析,对外延生长的设备MOCVD,外延材料性能以及表征测试设备进行了梳理总结,为外延生长的优化提供了充分的准备;对芯片制作的关键流程和电池性能测试给予了分析,为研发调试提供电池性能的数据反馈。针对地面聚光电池向高聚光倍数、高性能的发展方向,理论分析了高性能隧道结的设计要求和基于匹配结构的电池优化方向,采用无序结构的GaInP顶电池,提升电池性能。对GaInP材料无序特性进行研究,采用单一变量控制实验,给出了不同生长参数对GaInP材料无序特性的影响和其中的物理机制。然后通过?掺杂技术和pn结的界面处理工艺解决了高透光性n++GaInP/p++AlGaAs隧道结的外延生长的难点,通过温度和表面活性剂等综合参数的调节和增透膜优化,完成从500倍到750倍聚光电池的优化提升。针对应用于航天领域的空间电池的应用环境和技术发展方向,进行了电池辐照的衰减特征和损失机理的研究,并在此基础上采用TFCalc光学设计软件完成抗辐照结构设计的理论模拟。最后通过外延生长和实验对比验证了抗辐照结构的优异性能,结合聚光电池性能的优化和综合调试,最终完成了大尺寸高效空间三结砷化镓太阳能电池。