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III-V族化合物半导体太阳电池具有光吸收系数高、抗辐射性能强、耐高温性能强、稳定性高、使用寿命长以及光电转换效率高等优点,在地面和太空领域都有很大地应用前景,是国内外太阳电池研究的重点。其中GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池是多结太阳电池研究的基础,很多先进的多结太阳电池都是在其结构基础上的变形和优化。本文主要从电池的结构设计、模拟仿真和优化、性能测试三个方面对GaAs基太阳电池进行研究,主要的研究内容和成果如下:1、仿真模型的选择。首先,载流子迁移率模型、复合模型等基本仿真模型的选择。其次,常用隧道结模型的研究和对比,并确定在模拟仿真中使用等效电阻隧道结模型。2、GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的设计和优化。用Silvaco Atlas对太阳电池进行模拟仿真和优化。首先,对GaInP、GaAs和Ge子电池进行了模拟仿真和优化,并重点对电池各层厚度和掺杂浓度、载流子迁移率以及寿命等对电池性能的影响进行了研究。其次,对GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池进行了设计和优化,通过调整顶电池厚度和优化隧道结使GaInP和GaAs的短路电流相同,得到优化的三结电池结构,优化后电池的短路电流为18.114mA/cm~2,开路电压2.637V,填充因子89.329%,效率为30.919%。最后,设计并仿真了一个单结pn型GaAs太阳电池,得到24.925%的理论效率。3、单结pn型GaAs太阳电池的制备和测试。通过分子束外延(MBE)技术制备了四组单结pn型GaAs太阳电池,每组电池具有不同的栅线宽度、相邻栅线间距和栅电极遮蔽面积,研究了电池的电流电压(I-V)特性以及电极图形的设计对电池性能的影响。通过对比和分析实验结果得出:栅电极的设计要充分考虑遮光面积、接触电阻以及电流疏运能力等对电池性能的影响。测试得到电池的效率为22.14%,比模拟仿真得到的效率24.925%和单结GaAs电池世界最高效率28.3%要低。导致测试结果较低的原因可能有电池结构、工艺条件和测试设施的差别。4、GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的制备和测试。通过金属有机物化学气相淀积(MOCVD)制备了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池,测试了非聚光和聚光条件下电池的性能。非聚光条件下得到电池的最高效率为31.83%,112倍聚光条件下电池的效率为38.66%。