砷化镓纳米线太阳能电池研究

论文摘要

随着石油煤炭等的使用造成的全球气候变暖以及大气污染等问题日益严重,尤其是这些不可再生资源的有限性导致愈演愈烈的能源战争,迫使人们将目光聚焦到新型能源技术的开发上。太阳能以其清洁性、安全性、资源的充足性以及潜在的经济性而受到广泛关注,太阳能光伏器件的研究也成为学术领域的热门话题。太阳能电池的发展大致可分为三代：第一代是晶体太阳能电池,第二代是薄膜太阳能电池,第三代是新型高转换率太阳能电池。第一代太阳能电池包括单晶硅和多晶硅,是太阳能电池技术中最为成熟的。晶体硅太阳能电池的最大问题是对于硅的纯度要求很高,这使得生产过程中能耗和资金投入都比较大。而且由于硅的带隙的限制,使得光谱的蓝紫光高能部分的能量被浪费。第二代太阳能电池包括碲化镉、铜铟镓硒等类型。该类材料可以通过镀膜技术进行规模化低成本的生产,但是其转化效率目前只能达到10%左右。另外,薄膜的稳定性比硅材料差,并且这些材料的毒性也高。第三代太阳能电池包括多结型、中间能带性、载流子倍增型、光子能量转变型,其中只有多结型目前被应用到了实际当中。随着纳米技术的蓬勃发展,将纳米技术运用到太阳能电池的设计当中成为一个新的趋势。本文研究的砷化镓纳米线太阳能电池就属于第三代太阳能电池的范畴。我们与McMaster研究组在已有的在Ⅲ-Ⅴ族合成半导体纳米线制造方面的工艺基础上去发展最先进的光伏电池,将制造一种基于砷化镓纳米线的太阳能电池,利用其径向p-n结的较好的光吸收和光生载流子收集作用,使电池的转化效率有一个明显的提升。本文介绍了两种制作砷化镓纳米线的方法：VLS机制生长纳米线和干法刻蚀制作纳米线。两种方法各有自己的优势,都可以用于砷化镓纳米线太阳能电池的制作。本文也对两种不同的砷化镓纳米线太阳能电池的制作工艺进行了介绍,并指出现有工艺的不足之处,提出可以改进的方面,作为将来的研究的方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1. 绪论
• 1.1 太阳能电池的发展背景和现状
• 1.2 太阳能电池的分类
• 1.3 太阳能电池的发展历程和性能比较
• 1.4 本论文的创新点和章节安排
• 2. 相关理论
• 2.1 太阳能电池的工作原理
• 2.2 第三代新型太阳能电池的工作原理
• 2.3 纳米线太阳能电池介绍
• 2.4 本章小结
• 3. VLS机制生长Ⅲ-Ⅴ族化合物纳米线
• 3.1 VLS机制基本原理
• 3.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物纳米线生长工艺
• 3.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物纳米线基本性质测量
• 3.4 本章小结
• 4. 干法刻蚀制作砷化镓纳米线
• 4.1 干法刻蚀基本原理
• 4.2 单层二氧化硅掩膜的制作方法
• 4.3 砷化镓纳米线的刻蚀工艺
• 4.4 两种方法制作的纳米线光学特性的比较
• 4.5 本章小结
• 5. 砷化镓纳米线太阳能电池的制作
• 5.1 同质结砷化镓纳米线太阳能电池的制作
• 5.2 砷化镓纳米线聚合物混合太阳能电池的制作
• 5.2.1 砷化镓纳米线聚合物混合太阳能电池的基本原理
• 5.2.2 制作工艺
• 5.2.3 测试结果
• 5.3 本章小结
• 6. 总结与展望
• 6.1 本文的核心内容及创新
• 6.2 本文展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 成果附录