Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池界面特性研究

论文摘要

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体多结太阳电池具有显著降低光伏发电成本的潜力,其中三结太阳电池的效率已经超过42%,效率的进一步增加取决于材料性质和异质界面的控制,研究界面特性,对于减少界面复合、改善界面特性,从而提高电池效率和可靠性具有重要意义。因此,本论文对三结太阳电池与异质界面有关的电学和光学方面进行了理论研究和试验研究,并取得了如下研究成果：（1）研究了太阳电池中的能量损失,包括过剩能量损失、长波能量损失、各种复合损失等,并提出了解决途径。（2）建立了多结太阳电池结构设计程序,极大地方便了对电池结构的设计和性能分析,拟合了顶电池的量子效率数据,并对结构进行了优化设计。（3）研究了三结太阳电池中的整流问题,解决了由于顶电池和中电池中的异质结导致Ⅳ曲线异常等问题,并通过增加中电池的窗口层n+-AlInP2的掺杂浓度或将窗口层材料从n+-AlInP2改为n-GaInP2.解决了三结太阳电池在低温工作时失效的问题。（4）建立了多结太阳电池的全光路程序,分别考虑减反射膜、顶电池窗口层、顶电池背场、隧穿结和中电池大的窗口层等因素,对电池进行了优化设计；根据计算结果,进行了试验研究,解决了电池表面反射和内部干涉问题。（5）通过上述研究和对减反射膜和电极图形的优化改进,成功获得了效率为29.1%的太阳电池（AMO）和效率大于37%的聚光太阳电池（AM1.5D Low AOD,312X）,对于IMM结构的三结太阳电池,效率达到27.4%（AMO）.上述结果中,本论文重点解决了两个关键问题：一是解决了由于异质结的整流导致三结太阳电池在低温下工作失效的问题,从而保证了三结太阳电池在空间应用的可靠性；二是解决了多结太阳电池表面反射大和内部干涉导致电流失配的问题,从而显著提高了太阳电池的短路电流密度和转换效率。最后,论文提出了下一步的工作目标：（1）宽光谱减反射膜和精细栅电极研究；（2）电池衰减机制和根源的研究；（3）失配结构和材料质量的研究；（4）材料中和界面处缺陷和异质结输运等问题的研究；（5）带隙收缩、碰撞电离、晶格热、光子再利用等问题的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一节 太阳电池的研究现状
• 第二节 选题的理论意义和实际意义
• 第三节 所要解决的主要问题
• 第一章 Ⅲ-Ⅴ族太阳电池结构设计
• 第一节 太阳光谱与大气质量
• 第二节 Ⅲ-Ⅴ族材料的主要性质
• 第三节 太阳电池中的能量损失
• 第四节 太阳电池结构设计方法
• 第五节 多结太阳电池结构设计
• 第六节 小结
• 第二章 异质界面的整流问题研究
• 第一节 研究内容
• 第二节 异质结的伏安特性
• 2电池中的整流问题'>第三节 GaInP₂电池中的整流问题
• 第四节 GaAs电池中的整流问题
• 第五节 小结
• 第三章 异质界面的干涉问题研究
• 第一节 研究内容
• 第二节 设计方法
• 第三节 材料折射率
• 第四节 分析计算
• 第五节 实验研究
• 第六节 小结
• 第四章 研究结果
• 第一节 制造工艺
• 第二节 样品和测试条件
• 第三节 电性能测试
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢