利用半导体量子点的高效太阳电池

1前言 第三代太阳电池的开发 太阳电池，主要是由做在半导体基片上的pn结组成。如图1所示若在pn结处射入太阳光，则在半导体内部激发出电子-空穴对，在内部电场作用下，电子向n侧。空穴向p侧迅速流动，产生光生电功率。现在广泛使用的是厚度200～350μm的单晶硅，及用铸造法制作的多晶硅太阳电池。最近为了降低硅太阳电池的制造成本，开发了薄膜太阳电池。在薄膜太阳电池的情形下由于光吸收层的厚度仅为0．2～3μm左右，使用的材料大大减少。现在还在开发非晶硅、微结晶硅、CdTe、Cu（InGa）、Se2（CIGS）等太阳电池。     

基于量子点太阳电池的高效光学利用策略

该文总结了可应用于量子点太阳电池的各种光捕获策略以及高能光子和低能光子的有效利用策略。表面织构纹理、周期性纳米结构以及等离子体纳米结构等光捕获技术可有效增强器件的光吸收。应用多激子效应、热激子提取以及下转换等手段是解决高能光子吸收后载流子热化损失问题的重要方法,而上转换以及中间带等结构则是实现亚带隙低能光子有效利用的重要途径。分析总结了不同策略的优劣势以及最近的应用进展,并对各种光学利用策略的发展提出了展望。     

用于先进太阳电池的InAs量子点材料制备与表征

利用MOCVD外延技术生长InAs量子点材料,通过采用Sb作为表面活性剂,调节所选择InAs量子点材料的生长参数,获得了具有不同尺寸、高密度的InAs量子点材料。     

砷化镓量子点太阳电池及材料的研究现状

介绍了目前砷化镓量子点太阳电池的研究现状,主要包括:量子点太阳电池理论分析、量子点结构材料生长与性能表征、量子点太阳电池器件结构设计与制备技术三方面。此外,在对目前研究中所存在的难点问题进行分析后,认为制备高质量的量子点结构材料以及优化量子点太阳电池结构设计是目前获得高性能量子点电池的关键。     

外量子效率测试在GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池接收器性能评估中的应用

利用太阳电池量子效率测试系统对GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池接收器进行检测和分析,从而修补了系统缺陷,对外量子效率测试中发现的问题进行了初步探索和解决。借助GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池的等效电路模型,根据三结结构中各个子电池的短路电流值、调整偏置光和偏置电压,改进了测试中的偏置滤光片问题,提出了该太阳电池接收器的性能评估方法和判断依据。     

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池计算机模拟

运用AMPS程序模拟计算了p-型非晶硅/n-型晶体硅HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)异质结太阳电池的光伏特性.通过对不同带边补偿情况下的计算结果同文献报道相比较,得出导带补偿小部分(0.18eV),价带补偿大部分(0.5eV)的基本结论.同时还证实,界面态是决定电池性能的关键因素,显著影响电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF).最后计算了这种电池理想情况下(无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1)的理论效率Eff=27%(AM1.5 100MW/cm2 0.40～1.10μm波段).     

100 keV质子辐照InGaAs单结太阳电池性能退化机理研究

为研究太阳电池光电参数由低能质子辐照产生的辐射损伤机制,对In_0.53Ga_0.47As单结太阳电池开展100 keV质子辐照及退火试验研究,分析太阳电池电参数和光谱响应在辐照及退火前后的变化规律,结合SRIM仿真计算结果对辐照引起的位移损伤进行讨论。结果表明,当质子辐照累积注量为5×10¹²p/cm²时,In_0.53Ga_0.47As单结太阳电池的短路电流、开路电压和最大输出功率分别衰减到其初始值的88.8%、88.3%、72.3%;太阳电池光谱响应在短波区的衰减比长波区更严重。SRIM仿真结果表明,上述结果是由于100 keV的质子能量沉积在In_0.53Ga_0.47As单结太阳电池发射区和基区顶部而产生位移损伤缺陷导致的。对辐照后的太阳电池样品进行150℃退火处理,太阳电池电学参数因辐射感生缺陷的湮灭而产生了不同程度的恢复。     

Al2O3修饰层对抑制CdSe量子点敏化太阳电池界面电子复合的研究

量子点敏化纳米TiO2太阳电池（QDSSCs）因成本低廉,近年来得到广泛关注。但是其光电转换效率仍然较低,其中主要的原因是量子点表面缺陷密度高,表面与界面电子复合严重。本文以Al2O3为纳米TiO2/CdSe QDs的界面修饰层,采用暗态下的电化学阻抗谱（EIS）以及开路电压衰减谱考察了Al2O3对抑制电子复合所起的作用,并简析了其中的作用机理。研究结果表明,TiO2表面修饰Al2O3后,其导带边上移;此外,TiO2/QDs界面缺陷态降低,界面电子复合降低,使器件的短路电流、开路电压以及填充因子提高,光电转换性能得到改善。     

利用开路电压测量太阳电池外量子效率

首先利用太阳电池光照下的J-V特性,推导短路电流密度Jsc、开路电压Voc与光照面积和总面积的比值AΦ/AT之间的关系,分析利用短路电流密度测量外量子效率EQE(λ)SC的误差来源。并利用J-V特性将开路电压Voc表示的外量子效率EQE(λ)OC与常规利用短路电流密度Jsc表示的外量子效率EQE(λ)SC利用fEQE因子相关联。最后,测量不同面积晶体硅太阳电池的EQE(λ)OC、EQE(λ)SC并与PC1D模拟的EQE(λ)SCPC1D曲线进行对比,得到相应结论。该测试方法对提高太阳电池量子效率测试的准确性具有一定指导意义。     

高效硅基异质结太阳电池的ITO薄膜研究

研究室温下通过直流磁控溅射方法制备高性能非晶ITO薄膜的光电特性,并分析不同结晶度的ITO薄膜对硅基异质结太阳电池性能的影响。结果表明:非晶态的ITO薄膜具有高的载流子迁移率和高的光学透过率;当退火温度高于190℃时,随退火温度的上升,薄膜的结晶性逐渐增强,但其光学性能和电学性能都呈逐渐降低的趋势。通过优化退火温度可获得电阻率为4.83×10^-4Ω·cm、载流子迁移率高达35.3 cm²/(V·s)且长波段相对透过率大于90%的高性能非晶ITO薄膜。对比普通工艺制备的微晶ITO薄膜,在242.5 cm²的硅基异质结(SHJ)太阳电池上采用非晶ITO薄膜作透明导电膜,其短路电流密度提高0.32 mA/cm²,可提升电池的光电转换效率。     

高效单晶硅太阳电池的研制

简述了高效单晶硅太阳电池的初步研制结果。对电阻率不同的ＣＺ和ＦＺ材料和不同的电池结构进行了实验。为了提高效率，对发射区钝化工艺、分区轻（ｎ＾＋）重（ｎ＾＋＋）扩散、背场、表面织构化技术和氯清洗等工艺进行试验研究。目前制备的最好电池，其效率为１８．６３％。     

用于高效级联太阳电池的ZnSe材料研究

研究了用于高效Znse／GaAs/Ge(硒化锌绅化镓／锗)级联太阳电池顶电池的ZnSe材料。用MBE技术制备了ZnSe p-n结样品，测量了其外量子效率；提出了改进ZnSe顶电池性能的方法；分析了ZnSe／GaAs／Ge结构比GaInP／GaAs／Ge结构的优越之处。     

高效三功能层单晶薄膜太阳电池的研究

讨论了ZnSe/GaAs/Ge等三功能层梯度掺杂异质单晶薄膜复合光电极的结构,分析了把它用于光电化学太阳电池、光伏太阳电池、肖特基光伏太阳电池时的工作机理及优点.实验结果验证了理论分析.在进一步提高太阳电池转换效率方面,该复合光电极值得进一步研究.     

热丝化学气相沉积n型nc-Si:H薄膜及nc-Si:H/c-Si异质结太阳电池

采用热丝化学气相沉积(HWCVD)技术制备n型纳米晶硅(nc-Si∶H)薄膜,系统地研究了沉积参数,特别是掺杂浓度对薄膜微结构、电学性质和缺陷态的影响,获得了器件质量的n型nc-Si∶H薄膜。制备了nc-Si∶H/c-Si HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)结构太阳电池,研究了异质结结构参数对电池性能的影响,初步得到电池性能参数如下:Voc=483mV、Jsc=29.5mA/cm2、FF=70%、η=10.2%。     

一种聚合物/C60异质结有机太阳电池

用MEH-PPV为给体(空穴传输)、C60为受体(电子传输)首先制备了分层和体异质结结构的两种器件,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/C60/Al和ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:C60/Al。之后又制备了结构为ITO/PE-DOT:PSS/MEH-PPV:C60/C60/Al的第3个器件。作者比较了这3种器件的光伏性质,发现器件3的短路电流密度(JSC)比器件1和器件2的分别增加了300%和150%,开路电压(VOC)分别增加了100%和20%。这主要是由于C60层增加了电子由受体传输到负电极的通道并增大了给体受体界面面积。另一原因是此C60层一定程度地阻挡了空穴从有机物向负极的传输,从而有效地改善了太阳电池的性能。     

2019年中国光伏技术发展报告——新型太阳电池的研究进展(1)

详细介绍了2018年国内外在钙钛矿太阳电池、有机太阳电池、染料敏化太阳电池、量子点太阳电池等新型太阳电池方面的研究成果和产业化进展。     

基于宽带隙P-I-N结构的高效有机小分子太阳电池

研制了一种采用混合的P-I-N异质结结构、基于混合ZnPc和C60的有机小分子太阳电池。该有机太阳电池光电转换由ZnPc和C60异质结混合成膜完成,电子和空穴分别通过n掺杂和p掺杂的宽带有机层传输至阴极和阳极,不同掺杂的电子或空穴传输层由精确控制两种有机小分子的蒸镀速率来实现;其中空穴传输层采用N,N,N’,N-’Tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(MeO-TPD)为基底材料和Tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane(F4-TCNQ)为掺杂材料,电子传输层采用C60为基底材料,而掺杂材料为Leuco Crystal violet(LCV)。实验发现:可以通过改变光电转换层和电子传输层的厚度,优化器件的结构;与未掺杂的有机薄膜相比,掺杂的宽带有机传输层导电率提高了3~4个数量级,并且它们几乎不吸收太阳光;电子传输层的厚度直接影响太阳电池的转换效率,这与薄膜光学的预期结果相符;当增大光电转换层的厚度,不仅增加了光吸收,同时电子空穴的复合率也随之增加,因此器件的填充因子降低。实验结果表明:该有机太阳电池的光电转换效率可达2.4%。     

高效三功能层单晶薄膜太阳电池的研究

讨论了ＺｎＳｅ／ＧａＡｓ／Ｇｅ等三功能层梯度掺杂异质单晶薄膜复合光电极的结构，分析了把它用于光电化学太阳电池、光伏太阳电池、肖特基光伏太阳电池时的工作机理及优点。实验结果验证了理论分析。在进一步提高太阳电池转换效率方面，该复合光电极值得进一步研究。     

多晶硅太阳电池表面化学织构工艺

用化学腐蚀方法织构多晶硅片的表面，利用SEM分析了化学腐蚀后多晶硅片表面状态，通过反射谱的测试，分析了多晶硅片表面陷光效果。结果表明酸溶液腐蚀的硅片表面相对平整，有均匀的腐蚀坑，反射率很小。在没有任何减反射膜的情况下，在500-1000nm波长范围内，反射率在16％以下，有较好的表面陷光效果。而用碱溶液和双纪念品构腐蚀方法得到的多晶硅表面陷光作用都不很理想，反射率高于酸溶液腐蚀硅片，腐蚀后的硅片表面状态也不利于扩散和丝网印刷工艺。