空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7 As(1 eV)倒装三结太阳电池研制

采用阶变缓冲层技术 (step-graded) 外延生长了具有更优带隙组合的倒装GaInP/GaAs/In_0.3Ga_0.7As(1.0 eV) 三结太阳电池材料, TEM和HRXRD测试表明晶格失配度为2%的In_0.3Ga_0.7As 底电池具有较低的穿透位错密度和较高的晶体质量, 达到太阳电池的制备要求. 通过键合、剥离等工艺制备了太阳电池芯片. 面积为 10.922 cm² 的太阳电池芯片在空间光谱条件下转换效率达到32.64% (AM0, 25 ℃), 比传统晶格匹配的 GaInP/GaAs/Ge(0.67 eV) 三结太阳电池的转换效率提高3个百分点. 关键词： 太阳电池 三结 倒装结构     

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×10~6/cm~2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25℃测试条件下,面积24 cm~2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×10~(15)/cm~2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.     

1 MeV电子辐照下晶格匹配与晶格失配GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池辐射效应研究

对采用MOCVD方法制备的晶格匹配(LM)与晶格失配(UMM)GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池进行了1MeV电子辐射效应研究。结果表明:在电子辐照下,两种电池的I-V特性参数(开路电压Voc,短路电流Isc,最大输出功率Pmax)均发生衰降,且晶格失配电池的I-V特性参数衰降均大于晶格匹配电池。在光谱响应方面,对于顶电池,晶格匹配电池的衰降大于晶格失配电池;而中间电池则前者衰降小于后者;另外,Ge底电池的光谱响应表现特殊,辐照后光谱响应变强。     

p-n 型GaInP2/GaAs叠层太阳电池研究

报道了对p-n型 GaInP2/GaAs叠层太阳电池的研究结果.采用低压金属有机物化学气相沉积工艺制备电池样品.通过对GaInP2顶电池中场助收集效应的计算机模拟，提出用p+p-n-n+结构取代常用的p+n 结构，显著改善了GaInP2顶电池和GaInP2/GaAs叠层太阳电池的光伏性能，使其光电转换效率(Eff)分别达到14.26% 和23.82% (AM0, 25℃, 2×2cm2). 关键词： 场助收集效应 镓铟磷 砷化镓 叠层太阳电池     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应

研究了1 MeV和1.8 MeV电子辐照下GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤效应.电学性能研究结果表明,GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压、短路电流和最大功率随辐照剂量的增加发生明显衰降,在1 MeV电子辐照下剂量为1×10¹⁵cm^-2时,与辐照前相比最大功率衰降了17.7%.暗I-V特性分析表明,高能电子辐照下三结电池串、并联电阻的变化是引起太阳电池电学性能衰降的重要原因.光谱响应分析结果表明,GaInP 关键词： GaInP/GaAs/Ge太阳电池 电子辐照 电学性能 光谱响应     

直接键合的三结太阳能电池研究

本文研制了直接键合的三结GaInP/GaAs/InGaAsP太阳电池.直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷,将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散,是未来实现高效多结电池的发展趋势之一.此类电池国内鲜有报道.本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs/n+InP结构,得到电池开路电压3.0 V,在电池结构没有优化的情况下获得效率24%,表面未做减反膜.开路电压表明三结电池实现了串联,为单片集成的高效多结电池提供了新的途径.对实验结果进行了分析并给出了改进措施.     

p-n型GaInP_2/GaAs叠层太阳电池研究

报道了对p n型GaInP2 GaAs叠层太阳电池的研究结果 .采用低压金属有机物化学气相沉积工艺制备电池样品 .通过对GaInP2 顶电池中场助收集效应的计算机模拟 ,提出用p p- n- n 结构取代常用的p n结构 ,显著改善了GaInP2 顶电池和GaInP2 GaAs叠层太阳电池的光伏性能 ,使其光电转换效率 (Eff)分别达到 14 2 6 %和 2 3 82 %(AM0 ,2 5℃ ,2× 2cm2 )     

a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池薄膜硅背场的模拟优化

采用AFORS-HET数值模拟软件,对不同带隙的薄膜硅材料在a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池上的背场效果进行了模拟,分析了影响背场效果的原因,得到了薄膜硅背场在a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池上的适用条件为薄膜硅材料是带隙16 eV,硼掺杂浓度在10¹⁸cm^-3以上的微晶硅材料,其最佳厚度在5nm左右. 这种背场从工艺上易于实现,并且,与常用的Al扩散背场相比,在相同的掺杂浓度下,电池效率可以大大提高. 关键词： 薄膜硅 背场 硅异质结太阳电池     

调制掺杂的应变In_(0.60)Ga_(0.40)As/In_(0.52)Al_(0.48)As多量子阱结构的光致发光谱研究

报道了调制掺杂的应变In_(0.60)Ga_(0.40)As/In_(0.52)Al_(0.48)As多量子阱中室温光致发光光谱.观察到n=1和2电子子带到n=1重空穴子带的强发光峰.在低温下可以观察到n=1电子子带到n=1轻空穴弱发光肩胛.通过对发光强度随激发功率及温度依赖关系以及理论模型的分析研究,认为该调制掺杂量子阱中辐射复合效率降低的主要机制是应变失配位错对载流子的陷阱作用.界面上的失配位错是陷阱的主要来源.并用静态的光致发光理论模型对实验结果进行了解释.     

包含布拉格反射器的空间用GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池性能

利用光学膜系设计软件(TFCalc),设计出空间用GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池的分布式布拉格反射器(DBR)。实验结果表明由15对Al0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1As组成的DBR在中心波长850nm处的反射率高达96%,使800~900nm波段内红外光被有效反射后又被二次吸收,提高了GaInAs中间电池的抗辐照能力。基于细致平衡原理,结合p-n结形成机理,对原电池结构和包含DBR的新电池结构进行厚度优化。通过对比中电池厚度为2.93μm的原电池结构和中电池厚度为1.2,1.6,2.0μm的新电池结构的辐照前外量子效率(EQE),发现新电池结构基本弥补了基区减薄对短路电流的影响。通过分析两种结构电池辐照前后的电学性能,发现DBR结构的存在明显改善了辐照后电池电流的衰减,并且中电池厚度为1.6μm的新电池结构辐照后效率高达24.87%,较原电池结构提升了近2%,基本接近中电池厚度为2.0μm的新电池结构,且明显高于1.2μm中电池厚度的新电池结构。     

稳定的GaAs (2 5 1 1)高密勒指数表面的电子结构

采用格林函数方法对具有稳定结构的GaAs(2 5 11)(1×1)表面的电子结构特性进行了计算. 结果表明：对于理想的GaAs(2 5 11)表面，基本带隙内的表面态主要处在三个能量区域，即 -0.1—0.1eV，085—10eV和1.4—1.6eV之间；吸附两个As原子形成(1×1)再构后，表面态的变化主要表现在0.85—1.0eV之间的表面态完全消失.结合电子数目规则，可以确定处在 - 0.1—0.1eV之间的表面态为全部填满的阴离子悬挂键态或再构引起的As As二聚体键的表 面态，而处在1.4— 关键词： 高密勒指数表面 电子结构 电子数目规则     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟

以GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,开展了能量为0.7, 1, 3, 5, 10 MeV的质子辐照损伤模拟研究,建立了三结太阳电池结构模型和不同能量质子辐照模型,获得了不同质子辐照条件下的I-V曲线,光谱响应曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了三结太阳电池短路电流、开路电压、最大功率、光谱响应随质子能量的变化规律,利用不同辐照条件下三结太阳电池最大输出功率退化结果,拟合得到了三结太阳电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化曲线.研究结果表明,质子辐照会在三结太阳电池中引入位移损伤缺陷,使得少数载流子扩散长度退化幅度随质子能量的减小而增大,从而导致三结太阳电池相关电学参数的退化随质子能量的减小而增大.相同辐照条件下,中电池光谱响应退化幅度远大于顶电池光谱响应退化幅度,中电池抗辐照性能较差,同时中电池长波范围内光谱响应的退化幅度比短波范围更大,表明中电池相关电学参数的退化主要来源于基区损伤.     

晶格小失配InGaAsP材料特性及太阳电池应用

Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分,以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段,四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性,是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究,通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明,在一定程度负失配生长条件下,InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中,一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升,制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV,从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。     

色散效应对聚光多结太阳电池性能的影响及优化

针对色散效应导致聚光多结太阳电池性能降低的问题,使用分布式三维等效电路模型计算高倍聚光下GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池的输出特性,通过分析电池各层的电压分布、暗电流分布以及横向电流分布,研究了不同电池尺寸下色散效应对电池性能影响的机理.结果表明:色散使多结太阳电池在局部区域的光生电流变得不匹配,随着电池尺寸的减小,局部区域之间失配的光生电流能够以横向电流的形式相互补偿,使电池整体的电流更加匹配,从而减小色散效应的影响.当电池芯片尺寸较大(20 mm×20 mm)时,色散主要降低电池的短路电流密度,色散光斑下电池的效率仅相当于无色散时的94%;当电池芯片尺寸减小到2 mm×2 mm时,短路电流密度与无色散时相等,但横向电阻降低了电池的填充因子.当电池芯片尺寸进一步减小到0.4 mm×0.4 mm时,色散与无色散光斑下电池的各项性能几乎没有差别,效率均约为34.5%,色散效应的影响可忽略不计.     

非晶硅界面缓冲层对非晶硅锗电池性能的影响

针对非晶硅锗电池本征层高锗含量时界面带隙失配以及高界面缺陷密度造成电池开路电压和填充因子下降的问题,通过在PI界面插入具有合适带隙的非晶硅缓冲层,不仅有效缓和了带隙失配,降低界面复合,同时也通过降低界面缺陷密度改善内建电场分布,从而提高了电池的收集效率. 进一步引入IN界面缓冲层以及对非晶硅锗本征层进行能带梯度设计,在仅采用Al背电极时,单结非晶硅锗电池转换效率达8.72%. 关键词： 非晶硅缓冲层 非晶硅锗薄膜太阳电池 带隙 界面     

钙钛矿/硅叠层太阳电池中平面a-Si:H/c-Si异质结底电池的钝化优化及性能提高

最近,旋涂法制备的钙钛矿/平面硅异质结高效叠层太阳电池引起人们广泛关注,主要原因是相比于绒面硅衬底制备的钙钛矿/硅叠层太阳电池,其制备工艺简单、制备成本低且效率高.对于平面a-Si:H/c-Si异质结电池, a-Si:H/c-Si界面的良好钝化是获得高转换效率的关键,进而决定了钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的性能.本文主要从硅片表面处理、a-Si:H钝化层和P型发射极等方面展开研究,通过对硅片表面的氢氟酸(HF)浸泡时间和氢等离子体预处理气体流量、a-Si:H钝化层沉积参数、钝化层与P型发射极(I/P)界面富氢等离子体处理的综合调控,获得了相应的优化工艺参数.对比研究了p-a-Si:H和p-nc-Si:H两种缓冲层材料对I/P界面的影响,其中高电导、宽带隙的p-nc-Si:H缓冲层既能够降低I/P界面的缺陷态,又可以增强P型发射层的暗电导率,提高了前表面场效应钝化效果.通过上述优化,制备出最佳的P-type emitter layer/aSi:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/N-type layer (inip)结构样品的少子寿命与implied-Voc分别达到2855μs和709 mV,表现出良好的钝化效果.应用于平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池,转换效率达到18.76%,其中开路电压达到681.5 mV,相对于未优化的电池提升了34.3 mV.将上述平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池作为底电池,对应的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的开路电压达到1780 mV,转换效率达到21.24%,证明了上述工艺优化能够有效地改善叠层太阳电池中的硅异质结底电池的钝化及电池性能.     

溶胶-凝胶法制备GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池梯度折射率减反膜

为了减少太阳能电池表面反射,提高多结太阳能电池效率,针对GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池和AM0光谱,设计了折射率梯度排列的四层减反膜系结构.利用溶胶-凝胶技术,通过对材料折射率的定向调节,制备了折射率梯度排列的TiO_2/ZrO_2/酸性SiO_2/碱性SiO_2四层减反膜.实验结果表明,镀膜后的三结太阳能电池在300~1 700 nm波长范围内的加权平均反射率由原先的28.58%降低至4.86%,最高反射率由46.35%降低至15.45%.     

轻质柔性GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池及其性能研究

为了研究柔性太阳能电池的性能,通过太阳能电池减薄工艺制备出轻质柔性Ga In P/Ga(In)As/Ge三结太阳能电池芯片。尺寸为40 mm×60 mm的电池芯片重量为0.7 g,仅为常规175μm厚度电池重量的30%。验证了柔性电池工艺的可行性,制得的柔性电池转换效率达到了30.64%,同常规厚度电池十分接近。对比测试了两种样品不同温度下的暗电流曲线,拟合了两种电池样品的温度系数,结果表明:电池的温度系数与衬底类型无关,只与电池PN结本身相关。     

新型砷化镓太阳电池的宽带减反射膜设计

针对新型高效叠层砷化镓太阳电池[反向外延生长3结晶格失配太阳电池(IMM-3J)、反向外延生长4结晶格失配太阳电池(IMM-4J)],提出与其相匹配的四层宽带减反射膜的设计方案。利用电子束热蒸发的减反射膜沉积方式,在太阳电池表面制备宽带减反射膜。测量蒸镀减反射膜前后电池反射率的变化,结合外量子效率计算出宽带减反射膜对电池各结短路电流的增益效果。与原有双层减反射膜进行对比,四层宽带减反射膜具有更宽的减反射区域,适用于IMM-3J、IMM-4J电池。利用Essential Macleod软件模拟分析了宽带减反射膜制备过程中的工艺稳定性,对于膜层的设计作出了进一步的优化。     

应力对(GaP)_1/(InP)_1(111)超晶格体内和表面电子结构的影响

考虑到应力对超薄层(GaP)_1/(InP)_1(111)结构中Ga-P和In-P键长的作用为均匀分布的情况,本文提出在紧束缚近似下,将应力的影响直接反映到Harrison的交迭积分项中,并利用Recursion方法全面计算了由Keating模型确定的稳定(GaP)_1/(InP)_1(111)超晶格体内和表面的电子结构,结果表明,这种材料的带隙为1.88eV,它比体材料GaP(2.91eV)和InP(1.48eV)的平均值小0.31eV.通过对辅助模型的研究,可以发现随键长应力的增大,系统带隙加宽,费密能级移动,同时计算得到的各晶位上原子的电子占有数结果清楚地反映了InP的离化程度比GaP高,最后证明这类应力超晶格(111)表面有类似的SP_z+P_x—P_y退杂化轨道存在,但是各分波轨道对它的贡献与(GaAs)_1/(AIAs)_1(001)超晶格中(001)表面的相应情况是不同的。