用于多结叠层太阳电池的GaInAsN材料研究进展

1.0eV的GaInAsN材料是实现与Ge或GaAs衬底晶格匹配的高效多结叠层太阳电池的理想材料。但是,目前制备高质量的GaInAsN材料较为困难,使得相应电池性能低下,未能达到预想的效果。介绍了几种生长GaInAsN材料的外延工艺,探讨了各种外延方法导致材料生长困难的原因和相应的改进工艺,并在总结了GaInAsN太阳电池研究现状的基础上对其未来发展趋势进行了展望。     

GaInP类异质结提升GaInP/GaInAs/Ge太阳电池效率的研究

基于不同有序度的GalnP材料制备出高/低带隙的发射区/基区结构被称之为同材料类异质结结构,其产生的特殊能带结构可以提高太阳电池效率.通过生长条件的优化,验证了GaInP材料的有序度变小,材料带隙从优化前1.868 eV提高到1.898 eV.采用该工艺条件制造了具有对应有序度的GalnP材料,分别作为GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池顶子电池的发射区/基区.测试结果表明,与参照电池比较,新结构太阳电池光照电流电压(LIV)特性参数在电流密度方面获得了明显的提高.     

多结太阳电池用键合技术

介绍了使用键合技术制备高效多结太阳电池的方法,即在不同材料衬底依次外延生长晶格匹配子电池,再通过键合技术将二者集成至一起。着重介绍了多种实现子电池集成的键合技术,并分析了其技术特点。     

a-Si(p)/c-Si(n)异质结太阳电池的AFORS-HET模拟优化

采用限定变量的方法,运用AFORS-HET(Automat FOR Simulation of HETerostructures)软件计算模拟了不同厚度、掺杂浓度和禁带宽度的非晶硅薄膜背场以及不同厚度、禁带宽度的非晶硅本征层对a-Si(p)/c-Si(n)异质结太阳电池的影响.结果表明,在其它参数不变的情况下,增加较薄的背场和中间本征层,可以提高太阳电池的整体性能,其光电转换有很大程度提高,其最高转换效率可达20.75％;其中,中间本征层在厚度不超过20 nm时,对电池的短路电流影响不大,而其它性能则相对下降;当非晶硅薄膜背场的掺杂浓度为1019 cm-3以上,带隙为1.7 eV,厚度为5 nm时,电池性能最佳.     

基于RBF的光伏系统发电量智能预测研究

针对传统太阳电池建模要求频繁设置开路电压、短路电流、最大功率点电压/电流等参数的问题,找出太阳电池材料各常数相互关系,并通过RBF神经网络实现各参数逼近;建立基于禁带宽度的太阳电池新型通用模型,参考电池温度和日照强度,自动调整参数,得出新环境的电池输出特性.在光伏发电短期预测中,智能预测方法能有效降低预测误差.     

细致平衡原理计算三结太阳电池理论效率

介绍了太阳电池细致平衡限效率计算的基本理论模型和方法。用细致平衡原理分别对晶格匹配(LM)、正向失配(UMM)和反向失配(IMM)Ⅲ-Ⅴ族三结太阳电池光电转换效率理论极限进行了计算分析,理论上确定了实验可行的最优化子电池禁带宽度。     

32％效率三结砷化镓太阳电池设计与在轨应用

采用晶格小失配的GaInP/GaInAs/Ge三结砷化镓太阳电池结构,通过增加顶电池与中电池中In组分,选取带隙组合为1.87 eV/1.35 eV/0.67 eV的结构体系,使顶、中电池光吸收下限分别红移15和40 nm左右,提高了三结砷化镓太阳电池的电流密度,提升了太阳电池光电转换效率,研制出平均光电转换效率为32%(AM0,25℃)的三结砷化镓太阳电池。该太阳电池已成功应用于PakTES-1A卫星太阳电池阵,入轨初期由其SG1与SG5子阵在轨电流数据计算对比地面同工况测试结果,差异仅为-0.2%和0.5%。产品可用于后续航天器高效率太阳电池阵。     

Al掺杂TiO_2薄膜对DSSCs的I-V特性的影响

利用磁控共溅射法,在不同溅射功率下向Ti O2薄膜中掺Al,研究了Ti O2薄膜层光学性质、晶体结构和禁带宽度的变化。将Al-Ti O2薄膜浸入N719染料,制备成染料敏化太阳电池,测试电池的I-V特性,结果表明:Ti O2半导体层的禁带宽度与染料敏化太阳电池的开路电压有相同的变化趋势;掺Al后,太阳电池的短路电流及光电转换效率均有所提高,在掺铝功率为5 W时尤为显著。     

Cu(In,Ga)Se_2薄膜太阳电池研究进展(Ⅱ)

(接上期) 温度对太阳电池性能有重要影响.温度首先通过载流子浓度、迁移率等参数影响材料的电阻率;其次是影响各层材料的禁带宽度;太阳电池各个界面上的缺陷态也由于温度不同而呈现不同的激发状态,从而影响器件性能.     

衬底增强型轻质高效薄膜砷化镓太阳电池

将蜂窝增强结构引入薄膜砷化镓太阳电池制备工艺,进行了三结砷化镓太阳电池外延设计与生长工艺以及蜂窝结构增强型柔性衬底制备技术研究.通过激光扫描显微镜、EL发光测试、I-V测试等手段分析了衬底增强型轻质高效薄膜砷化镓太阳电池制备工艺及结果.最终成功制备了面积达到24 cm2的薄膜砷化镓太阳电池.其效率达到30.57％(AM...     

Cu2ZnSnS4薄膜太阳电池的数值分析

Cu2ZnSnS4(CZTS)是一种环境友好的新型半导体材料,它的禁带宽度(约1.5 eV)与太阳光谱的响应很好,同时这种材料具有很大的光吸收系数以及它的组成元素在地壳中很丰富,因此它在光伏和光电子材料方面具有十分广阔的应用前景。利用SCAPS软件对CZTS薄膜太阳电池进行了数值模拟,对CZTS吸收层的厚度和载流子浓度进行了优化设计,得到CZTS的最佳厚度为3μm,最佳空穴浓度范围为2×1016～6×1016cm-3;同时就CdS缓冲层厚度对电池性能的影响进行了分析,发现CdS缓冲层的厚度不宜太大,否则会浪费一部分短波段的太阳光子,使CZTS太阳电池的转换效率降低。     

科研人员提出抑制超宽禁带半导体材料AlN位错的新方法

正超宽禁带半导体材料氮化铝(AlN)具有超高击穿场强、高饱和电子漂移速度、高热导率、高表面声速、高非线性光学系数等优点,可用于制备大功率电子器件、表面声波滤波器、激光器、紫外探测器、紫外发光器件,在航天航空、5G通信、功率开关、杀菌消毒、新能源等领域发挥重要作用。现阶段,在大尺寸、低成本、工艺成熟的蓝宝石衬底上利用MOCVD方法进行异质外延生长是制备AlN材料的主流技术路线。然而,AlN外延层和蓝宝石衬底之间存在严重的晶格失配和热失配,     

真空热蒸发制备ZnS薄膜及其特性的研究

用真空热蒸发在不同衬底温度下制备了ZnS薄膜,利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDAX)、紫外可见分光光度计(UV-vis)和原子力显微镜(AFM)研究了ZnS薄膜的晶体结构、成分、光学性能和形貌,分析了衬底温度对ZnS薄膜结构与光学特性的影响。结果表明,所制备的ZnS薄膜呈立方闪锌矿结构,衬底温度为300℃所制备的ZnS薄膜原子比(S/Zn)为0.95/1;薄膜表面均匀致密,呈多晶态,晶粒尺寸为18.2nm;在可见区有好的透射性能,光学禁带宽度为3.82eV。     

国外空间多结太阳电池技术进展

报道了国外主要空间太阳电池生产公司最新产品的生产和应用情况。德国AZUR SPACE公司研发的3G30-advanced电池效率达到29.8%,已在德国科技卫星TET-1上使用。美国Emcore公司ZTJ电池批产效率为29.5%,已生产了超过300 000片电池,在多项空间项目中得到应用。美国Spectrolab公司反向生长三结太阳电池转换效率达到32%,正在开发四结的反向生长太阳电池。日本JAXA开发的薄膜双结太阳电池TF2J转换效率达到25%,通过实验可达到低轨5年和高轨10年的寿命要求。     

提拉法生长超宽禁带半导体β-Ga_2O_3单晶的研究

采用提拉法生长得到了新型超宽禁带透明半导体材料β-Ga_2O_3单晶,对其进行了物相分析和结晶质量的表征。XRD测试结果显示所获得的晶体为单一β相,晶体摇摆曲线半峰宽为3.48',峰形对称,表明具有较高的结晶质量。测试了晶体的透过光谱和荧光光谱,外推法得到晶体的禁带宽度为4.78 eV。     

残留应变对晶格失配太阳电池设计的影响

由于晶格失配太阳电池中存在残留应变,1.0eV InGaAs子电池和0.7eV InGaAs子电池的带隙不再固定地对应于单一In组份,而是与In组份和残留应变都有关系。从实验和理论上研究了残留应变对晶格失配太阳电池带隙的影响,计算了不同应变和组份的InGaAs电池的等带隙分布线,并讨论了残留应变对晶格失配太阳电池设计的影响。     

一种反向多结GaAs太阳电池背反射器的研究

介绍了一种具有全方位反射器的GaAs太阳电池的制作方法;分析了GaAs太阳电池全方位反射器制备工艺,在GaAs外延上生长全方位反射器ODR,即生长一层介质层,再在介质层上用黄光工艺进行开孔;并在介质层上使用蒸镀工艺蒸镀金属层。通过蒸镀、键合、衬底腐蚀、栅线、背电极制作等工艺完成电池制作。介绍了ODR结构的设计及工艺,并对比了实验结果。     

四结太阳电池Ⅰ-Ⅴ测试用滤光片设计

四结砷化镓太阳电池是未来空间太阳电池发展方向之一.为了满足四结砷化镓太阳电池I-V测试的需求,基于光学滤波片滤波原理,针对四个子电池的光谱响应波段,分别设计了带通和带阻滤光片,并从制备工艺的角度对滤光片的设计进行了讨论.     

高性能HIT太阳电池的特性及其应用前景

本征薄层异质结HIT电池是单结晶硅和非晶型硅的混合太阳电池,制造工艺温度低、钝化效果好,具有很好的发展前景。文章分析了HIT太阳电池优越的钝化特性和温度特性,介绍了HIT太阳电池的进一步研发方向,并对应用了HIT电池正反对称形的产品"HIT双功率",以及三洋电机株式会社历年的HIT生产能力、未来生产计划作了介绍。     

键合集成AlGaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池组分与厚度对效率的影响

寻找比传统晶格匹配GaInP/InGaAs/Ge结构具有很高效率的高效太阳电池体系是目前高效太阳电池研究重点。基于直接键合集成技术的AlzGa1-zInP/GaAs/In1-xGaxAsyP1-y/InGaAs四结太阳电池是一条有效的途径。该结构中In-GaAsP材料光学带隙可以在0.75～1.35 eV之间连续调节。作为一种新结构,一些关键点还是不清楚,比如考虑材料吸收系数与实际厚度限制下的带隙优化组合,子电池厚度与最高效率之间的耦合影响等,这些都对结构设计提出了新的挑战。采用半经验全局优化工具,研究了InGaAsP子电池组分和吸收系数比较小的InGaAs子电池厚度这两个因素对最高效率的影响,并对器件设计给出了一些方向性意见。