СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ЧЕТЫРЬМЯ ПЕРЕХОДАМИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

1. Способ изготовления солнечного элемента (200, 400, 450, 500) с четырьмя переходами, содержащий:
обеспечение подложки (300) для выращивания;
формирование четвертого солнечного подэлемента (D), расположенного поверх или в подложке (300) для выращивания;
эпитаксиальное выращивание изменяющегося промежуточного слоя (505), расположенного поверх четвертого солнечного подэлемента (D) и подложки (300) для выращивания, за которым следует эпитаксиальное выращивание последовательности слоев полупроводникового материала, содержащих множество солнечных подэлементов, включая третий солнечный подэлемент (C), расположенный поверх и рассогласованный по параметру решетки по отношению к подложке (300) для выращивания и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне 0,9-1,6 эВ, по меньшей мере второй солнечный подэлемент (B), расположенный поверх третьего солнечного подэлемента (C) и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне приблизительно 1,55-1,8 эВ, и верхний первый солнечный подэлемент (A), расположенный поверх второго солнечного подэлемента (B) и имеющий содержание алюминия более 30% мольной доли и ширину запрещенной зоны в диапазоне 2,0-2,20 эВ;
при этом изменяющийся промежуточный слой (505) изменяется по своему составу для согласования по параметру решетки подложки (300) для выращивания с одной стороны и третьего солнечного подэлемента (C) с другой стороны и состоит из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что параметр решетки в плоскости по всей ее толщине должен быть больше или равен параметру решетки в плоскости подложки (300) для выращивания.
2. Способ по п.1, в котором второй солнечный подэлемент (B) имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,73 эВ и согласован по параметру решетки с третьим солнечным подэлементом (C), и верхний первый солнечный подэлемент (A) имеет ширину запрещенной зоны 2,05 эВ и согласован по параметру решетки со вторым солнечным подэлементом (B), и средняя ширина запрещенной зоны всех четырех солнечных подэлементов равна или больше 1,35 эВ.
x
1-x
1-y
y
x
1-x
1-y
y
3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором верхний первый солнечный подэлемент (A) состоит из базового слоя (InGa)AlP, где x равен 0,505, и y равен 0,142, что соответствует ширине запрещенной зоны 2,10 эВ, и эмиттерного слоя (InGa)AlP, где x равен 0,505, и y равен 0,107, что соответствует ширине запрещенной зоны 2,05 эВ.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий выполнение туннельного диода (303, 304), расположенного поверх четвертого солнечного подэлемента (D) и под изменяющимся промежуточным слоем (505), причем изменяющийся промежуточный слой (505) изменяется по своему составу для согласования по параметру решетки третьего солнечного подэлемента (C) с одной стороны и туннельного диода (303,304) с другой стороны и состоит из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что параметр решетки в плоскости должен быть больше или равен параметру решетки в плоскости третьего солнечного подэлемента (C) и отличаться от параметра решетки в плоскости туннельного диода (303,304), и энергия запрещенной зоны должна быть больше, чем у четвертого солнечного подэлемента (D).
x
1-x
y
1-y
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором изменяющийся промежуточный слой (505) ступенчато изменяется по своему составу от одного до четырех скачков для согласования по параметру решетки третьего солнечного подэлемента (C) с одной стороны и состоит из InGaAs или (InGa)AlAs, где 0 < x < 1, 0 < y < 1, и x и y выбираются таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны также изменялась в диапазоне 1,15-1,41 эВ по всей его толщине.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором изменяющийся промежуточный слой (505) имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,15-1,41 эВ или 1,2-1,35 эВ или 1,25-1,30 эВ.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором любой из 1) эмиттерного слоя (320); или 2) базового слоя (319) и эмиттерного слоя (320) верхнего первого солнечного подэлемента (A) имеет постоянные решетки, которые отличаются от постоянной решетки непосредственно прилегающего второго солнечного подэлемента (B).
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий:
z
x
1-x-z
w
y
1-y-w
выполнение слоя (305) распределенного брэгговского отражателя (DBR), смежного с и расположенного под третьим солнечным подэлементом (C) и размещенного таким образом, чтобы свет мог проникать и проходить через третий солнечный подэлемент (C), и по меньшей мере часть его могла отражаться назад в третий солнечный подэлемент (C) от слоя DBR (305), причем слой (305) распределенного брэгговского отражателя состоит из множества чередующихся слоев из согласованных по параметру решетки материалов со скачкообразным изменением их соответствующих показателей преломления, при этом разность показателей преломления между чередующимися слоями максимизируется для того, чтобы минимизировать число периодов, требуемых для достижения заданного коэффициента отражения, и толщина и показатель преломления каждого периода определяют полосу заграждения и ее предельную длину волны, и при этом слой DBR (305) включает в себя первый слой DBR, состоящий из множества слоев InAlGaAs p-типа, и второй слой DBR, расположенный поверх первого слоя DBR и состоящий из множества слоев InAlGaAs p-типа, где 0 < w < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, и y больше x; и
при этом изменяющийся промежуточный слой (505) ступенчато изменяется по своему составу для согласования по параметру решетки слоя DBR (305) с одной стороны и четвертого солнечного подэлемента (D) с другой стороны и состоит из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что параметр решетки в плоскости должен быть больше или равен параметру решетки в плоскости слоя DBR (305) и меньше или равен параметру решетки в плоскости четвертого солнечного подэлемента (D), и энергия ширины запрещенной зоны должна быть больше, чем у четвертого солнечного подэлемента (D).
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий выполнение первого слоя подавления образования прорастающих дислокаций, имеющего толщину в диапазоне 0,10-1,0 микрона, расположенного поверх подложки для выращивания и имеющего состав, который отличается от изменяющегося промежуточного слоя; и
второй слой подавления образования прорастающих дислокаций, имеющий толщину в диапазоне 0,10-1,0 микрона и состоящий из InGa(Al)P, причем второй слой подавления образования прорастающих дислокаций расположен поверх и непосредственно прилегает к упомянутому изменяющемуся промежуточному слою для уменьшения распространения прорастающих дислокаций, при этом упомянутый второй слой подавления образования прорастающих дислокаций имеет состав, который отличается от состава первого слоя подавления образования прорастающих дислокаций и изменяющегося промежуточного слоя, и при этом по меньшей мере один из верхних подслоев изменяющегося промежуточного слоя (505) имеет постоянную решетки больше, чем у смежных слоев (506, 306) с верхним подслоем, расположенным поверх изменяющегося промежуточного слоя (505).
10. Солнечный элемент (200, 400, 450, 500) с четырьмя переходами, содержащий:
подложку (300) для выращивания;
четвертый солнечный подэлемент (D), расположенный поверх или в подложке (300) для выращивания;
изменяющийся промежуточный слой (505), расположенный поверх подложки (300) для выращивания, за которой следует последовательность слоев полупроводникового материала, содержащих множество солнечных подэлементов, включая третий солнечный подэлемент (C), расположенный поверх и рассогласованный по параметру решетки по отношению к подложке (300) для выращивания и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне 0,9-1,6 эВ, по меньшей мере второй солнечный подэлемент (B), расположенный поверх третьего солнечного подэлемента (C) и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне приблизительно 1,55-1,8 эВ, и верхний первый солнечный подэлемент (A), расположенный поверх второго солнечного подэлемента (B) и имеющий содержание алюминия более 30% мольной доли и ширину запрещенной зоны в диапазоне 2,0-2,20 эВ;
при этом изменяющийся промежуточный слой (505) изменяется по своему составу для согласования по параметру решетки подложки (300) для выращивания с одной стороны и третьего солнечного подэлемента (C) с другой стороны и состоит из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что параметр решетки в плоскости по всей ее толщине должен быть больше или равен параметру решетки в плоскости подложки (300) для выращивания.