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高效三结GaAs太阳电池,是一种Ⅲ-V族化合物半导体光电转换器件。与目前广泛使用的硅太阳电池相比,具有更高的光电转换效率、更强的抗辐照能力、更好的耐高温性能,是目前世界上最具竞争力的新一代太阳电池,正在航天领域逐步得到广泛应用。它是我国航天飞行器急需的高性能长寿命通用化空间主电源。本文首先结合理论基础,采用AMPS软件结合相关试验参数建立III/V族的AlxGa1-xAs类太阳电池中渐变带隙结构模型,对其电子寿命、空穴寿命、总的光生载流子产额等参数进行了模拟分析,得出带隙的渐变结构对载流子实际产生、收集等情况有着多方面的调制作用的结论,确定渐变带隙在太阳电池中的构造区域和幅度,以及对应吸收的光谱范围和光通量为影响太阳电池效率的主导因素,获得了25.2%效率的渐变带隙砷化镓太阳电池。通过二次离子质谱(SIMS)测试,证明了我们研制的电池具有渐变带隙结构。这为我们以后研制高效电池提供了一个全新的电池结构思路。其次对高效三结GaInP2/GaAs/Ge太阳电池工艺的改进,具体包括以下四个方面:(1)Ge底电池窗口层材料的选择、结构设计与成功实现,可有效降低界面复合速度,改善Ge底电池光谱响应。(2)中电池采用与Ge晶格匹配更好的InxGa1-xAs材料,可显著降低复合、提高少子寿命,同时可提高太阳光中波段部分的利用,最终得到更高Jsc。(3)具有场助收集效应n+-n-/p--p+结构的设计与应用,可有效解决GaInP2材料少子寿命较短、致使顶电池光电流较低的问题。同时适当增加顶电池基区厚度,改善子电池间电流的匹配,可使GaInP2顶电池短路电流密度Jsc显著提高。(4)隧穿结,采用宽禁带材料AlGaAs/GaAs或AlGaAs/GaInP2,同时降低厚度、提高浓度,可成功获得更高隧穿电流。这四个方面在在GaInP2/GaAs/Ge三结叠层太阳电池中的实施,可显著提高短路电流密度,使Jsc达到16.59mA/cm2,电池的光电转换效率也相应提高,效率达到26.4%(AM0,25℃)。最后进行三结GaInP2/GaAs/Ge太阳电池抗辐射加固设计,本工作以低轨道5～8年寿命要求为标准,对三结GaInP2/GaAs/Ge太阳电池及其顶、中子电池进行室温下1MeV、1×1015e/cm2的电子辐照,并在80℃下,退火10小时。对于顶电池,为获得以更好的耐辐照性能,(1)采用具有场助收集效应的n+-n-/p--p+结构取代常规n/p结构,达到获得更高的光电流,降低电池辐射损伤程度的双重目的;(2)基区选择掺杂浓度～1016cm-3、厚度0.55～0.8μm,以获得较高开路电压和合适的光电流,以及较低的辐射效率衰减;(3)高掺较薄的发射区,应选择1018～1019 cm-3的掺杂浓度。对于中电池的基区,其厚度选择为～3μm,此时的效率辐照衰减率小于22%。将上述改进措施应用于三结GaInP2/GaAs/Ge太阳电池后,辐照效率衰减率为21.42%。