Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池

用平衡外延生长和反腐蚀生长法制备了Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池的外延片。x值能控制在0.8—0.9,p-Ga_(1-x)Al_xAs与p-GaAs层浓度在1—3×10~(18)cm~(-3),厚度均小于1μm。用此外延片以AuGeNi,CrAu或CrAuZn分别作n型和p型的欧姆接触,在430—450℃之间,n型与p型一起合金化,时间～45秒。在不是最匹配的抗反射层条件下,AM1最高效率为17.8％,一般效率为13—15％。与已报道的数据相比,电池的短路电流还偏低,开路电压波动较大,短波部份的光谱响应也差。对比平衡生长与反腐蚀生长的p-n结特性,它们基本上相近,而反腐蚀重生长法略好一些。     

Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池结特性研究

本文报道了Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs电池正向暗I—V特性,示出暗I—V曲线,I_(01)、I_(02)、A_1、A_2及扩展区少子有效扩散长度等计算值。确定了以复合电流为主要暗电流的电流输运机理。用双指数模型讨论了暗特性和输出特性的关系。获得了开路电压V_(oc)随I_(02)降低而提高,填充因子FF随A_2的降低而增加的实验结果。EB1C扫描照片示出GaAs电池的有源区中存在无数不规则黑区,单束感生电流在这些区域明显减弱。电子探针测出黑区为Fe、Si、Al的杂质团。非火焰原子吸收光谱测出GaAs衬底中含有4×10~(15)cm~(-3)的杂质铁。铁、硅杂质团是影响少子扩散长度和复合电流的主要因素。 通过改进工艺,降低了暗电流,提高了电池性能,V_(oc)(1.01-1.05)超过理论预期值,FF(0.81-0.82)达到理论预期值,转换效率(AM1)达18—19％。     

LPE法生长掺镁Ga_(1-x)Al_xAs-GaAs高效太阳电池材料

在制取高效率GaAs太阳电池的pGa_(1-x)Al_xAs-pGaAs-nGaAs材料时,一般采用Zn作p型掺杂剂。本文讨论了以Mg代替Zn作掺杂剂与采用低温800℃外延工艺的有关问题。实验证明,Mg是比Zn更好的掺杂剂。我们进行了Ga-Al-As熔体中GaAs源溶解度、不同掺Mg量与浓度关系、不同掺Al量与x值关系的研究,并总结了pGaAs层厚度对V_(oc)、FF、I_(sc)及η的影响。认为pGaAs层浓度在1—3×10~(18)时,与之配合的最佳厚度在1—1.5μ范围,pGa_(1-x)Al_xAs厚度在0.1μ左右电池效率最高。我们用电化学C-V法作多层外延中各层浓度分布曲线,证明材料的pGa_(1-x)Al_xAs层0.1—0.2μ均匀薄层生长已获成功,p-n结特性良好。用俄歇能谱测试仪测出pGa_(1-x)Al_xAs窗口中x值有梯度变化,由此可增加光子吸收效果。用双晶衍射仪测得pGaAs-pGa_(1-x)Al_xAs异质结界面晶格失配值,证明(110)面晶格失配值比(100)面低、用掺Mg ppn结构材料已制作出1cm~2面积的太阳电池,最高效率达17％(AM1)。     

Ga_(1-x)Al_xAs-GaAs太阳电池低阻接触研究

本文报道了pGa_(1-x)-Al_xAs-GaAs太阴电池的欧姆接触特性。用四探针法测定了Cr-Au、Ag-Zn、TiPdAu在pGaAs与pGa_(1-x)Al_xAs上的比接触电阻。在pGaAs上测出的比接触电阻分别为6.4×10~(-5)、9.4×10~(-5)和6.75×10~(-5)Ω-cm~2;在pGa_(1-x)Al_xAs上测出的比接触电阻分别为5.82×10~(14)、1.03×10~(-3)、5.02×10~(-4)Ω-cm~2(x≥0.8)。发现加热合金化和脉冲激光合金化方法效果相当。用离子刻蚀法刻蚀pGa_(1-x)Al_xAs,使电极直接与pGaAs接触时,比接触电阻值可降低一个数量级。效率高于15％(AM1)的太阳电池的串联电阻在1.0Ω以下。     

提高Ga_(1-x)Al_x As-GaAs太阳电池材料质量的若干问题探讨

本文研究了Ga(1-x)Al_xAs-GaAs材料中杂质、缺陷及生长缓冲外延层对太阳电池性能的影响观察了p-n结暗伏安特性曲线与温度的关系,从而明确了提高材料质量的方向。     

高Al组分p-Ga_(1-x)Al_xAs/p-GaAs/n-GaAs太阳电池收集效率和短路电流的理论计算

本文对p-Ga_(1-x)Al xAs/p-GaAs/n-GaAs太阳电池收集效率的光谱响应和短路电流进行了计算,表明窗口层和窗口层漂移电场能有效地减小表面复合的影响,提高短波区的光谱响应。本文还讨论了窗口层厚度、Al组分、p-n结结深、表面复合速度和扩散长度对电池性能的影响。指出要得到大的短路电流,窗口层的电子扩散长度应大于窗口层厚度,p-GaAs区的电子扩散长度应大于三倍结深。在p-GaAs电子扩散长度一定的条件下,有一最佳结深,短路电流有极大值。     

界面复合对Al_xGa_(1-x)As/GaAs异质结太阳电池短路电流的影响

在Al_xGa_(1-x)As-GaAs太阳电池的理论分析中,考虑到AlAs与GaAs晶格匹配甚好,计算时往往忽略界面复合。我们曾用文献[3]的方法计算了高Al组分Al_xGa_(1-x)As/GaAs电池的短路电流,同样没有计及界面复合。 为了估计异质结界面对电池性能的影响,我们用有界面复合的边界条件,计算了不同界     

Ga_(1-x)Al_xAs-GaAs异质面太阳电池的电子和质子辐照以及退火研究

本文报道了液相外延Ga_(1-x)Al_xAs-GaAs异质面太阳电池的电子和质子辐照以及退火试验结果。辐照电子能量为1MeV,积分通量为10~(12)—10~(15)e/cm~2;质子辐照能量为7.8MeV,积分通量为10~8—10~(12)p/cm~2。测定了辐照前后电池的电特性和光谱响应曲线。观察到结深与辐照损伤的明显关系。电子辐照的临界通量(?)_c>1×10~(15)e/cm~2,质子辐照临界通量(?)_c>1.02×10~(12)p/cm~2。经积分通量1×10~(15)e/cm~2的辐照,再在真空200℃进行热退火20小时后,短路电流得到全部恢复,输出功率恢复至原来的80％。     

p-Al_xGa_(1-x)As/p-GaAs/n-GaAs太阳电池的最优化

采用GaAs扩散长度、电阻率与掺杂浓度的经验关系,考虑p-n结空间电荷区的产生和复合,计及10％的电极遮光面积及串联电阻R_s,在最佳单层抗反射膜条件下,以p-GaAs与n-GaAs区的掺杂浓度N_A、N_D及p-n结结深d_2为优化参数,用直角单纯形加速法对p-Al_xGa_(1-x)As/p-GaAs/n-GaAs结构的太阳电池作了最优化计算,得到了最佳电池的材料,结构参数以及最大AM0效率。讨论了电池性能与N_A、N_D、d_2、R_s的关系。分析了扩散长度的经验关系对优化结果的影响。     

Cd_(1-x)Zn_xS/Cu_2S异质结太阳电池

用同心双室蒸发源同时把CdS和ZnS蒸镀到镀锌的铜衬底上,制备了Cd_(1-x)Zn_xS(0≤x≤1)固溶体薄膜,并制作了Cd_(1-x)Zn_xS/Cu_2S异质结太阳电池,其最高效率达9.0％。此外,还测量了电池的I—V特性和光谱特性。     

无定型Si_(1-x)Ge_x∶H合金与迭层太阳电池

一、引言 无定型硅氢合金(a-Si:H)太阳电池,最近几年发展十分迅速。但是,由于a-Si:H的少子扩散长度比较小,n型材料的空穴迁移率不足1cm~2/V·s,相应的扩散长度仅为十分之几微米,这就限制了电池的收集效率。要解决这一矛盾,提高电池效率,主要途径有两个:一是改善材料的性质,增加少子的扩散长度,然而非晶半导体材料有其本身的局限性;二是从器     

用于GaInP/GaAs双结叠层太阳电池的MOVPE外延材料

采用金属有机化合物气相淀积(MOVPE)技术生长用于GaInP/GaAs双结叠层太阳电池的外延材料。针对材料生长中的隧穿结、p-AlInP层等关键问题,通过对掺杂剂、生长技术及条件的调整与改进,极大地提高了GaInP/GaAs双结叠层太阳电池性能,最高转换效率达到23.8%(AMO,25℃)。     

Al_xGa_(1-x)As的反射率及其对异质结太阳电池的影响

本文在计算Al_(0.8)Ga_(0.2)As的折射率和反射率以及各种抗反射层下p-Al_(0.8)Ga_(0.2)As/p-GaAs/n-GaAs太阳电池的收集效率和短路电流时,考虑了入射光波长对Al_(0.8)Ga_(0.2)As折射率的影响,并估计了表面光反射对电池性能的影响。     

薄膜太阳电池系列讲座(1) 减薄晶体硅太阳电池给薄膜太阳电池的启示(上)

近年来世界光伏产业飞速发展,薄膜太阳电池作为太阳电池家族的重要成员也得到快速发展。为进一步推动薄膜太阳电池的发展与应用,科学普及非常必要。南开大学光电子薄膜器件与技术研究所、南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室、光电信息技术科学教育部重点实验室是我国薄膜太阳电池领域知名的研究机构,本刊特邀在这些机构工作的张晓丹、熊绍珍、赵颖等专家就薄膜太阳电池进行系列科普讲座,在上半月刊的科普苑栏目刊登,以飨读者。     

太阳电池工艺中链式扩散与管式扩散对比研究

简要介绍链式和管式扩散的基本原理,并通过实验,给出扩散后硅片表面磷浓度、pn结结深、方阻不均匀度和电池片电性能等方面的对比分析,验证相比于管式扩散,链式扩散所具有的优劣势。链式扩散在拥有提高产量、降低生产成本和减少环境污染的优势条件下,虽然开路电压略有降低,但电池片光电转换效率仍能和采用传统管式扩散工艺制备的电池片相持平,技术水平已适用于大规模产业化生产。     

MI-AlxGa 1-xAs/GaAs太阳电池中界面势的构成及其界面复合分析

在MIp-AlxGa1-xAs结构的I层表面上，引入固定负电荷，并用减反射膜覆盖。将p-Al1-xGaxAs层中的空穴感应至界面，可建立界面电子感应势垒，并将其构成MIp-AlxGa1-xAs/p-n-n^ -GaAs太阳电池。通过求解泊松方程，理论上分析了界面感应势的高度、宽度与p-AlxGa1-xAs层掺杂浓度及减反射膜中固定负电荷面密度的关系，以及该感应势的建立对电池界面复合速度的影响。结果表明，p-AlxGa1-xAs层掺杂浓度的降低以及固定负电荷面密度的增高，都将导致界面感应势的高度与宽度的增加，从而能有效降低电池界面复合速度几个量级，相应地可大大提高电池的开路电压。     

AlxGa1-xAs/GaAs太阳电池MgF2/ZnS双层减反射膜的研究

介绍了在AlxGa1-xAs/GaAs太阳电池上制备MgF2/ZnS双层减反射膜的研究工作,引入了有效反射率R,并通过使Re极小来实现减反射膜的优化设计,考虑了MgF2/ZnS双层减反射膜与窗口层的耦合,实验上获得了良好的减反射膜,提高了AlxGa1-xAs/GaAs太阳电池的短路电流和效率,表明用Re极小化来设计减反射膜是合理的。     

GaInP/GaAs/InGaAs倒装三结太阳电池设计与优化

为获得带隙组合对太阳光谱有效的分割利用,基于细致平衡原理,结合p-n结形成机理,应用Matlab语言对GaInP(1.90eV)/GaAs/InGaAs倒装结构电池体系底电池带隙和各子电池厚度进行模拟优化。结果表明底电池带隙为1.0eV时,光电转换效率最高。通过对GaInP(1.90eV)/GaAs(1.42eV)/InGaAs(1.0eV)倒装结构三结太阳电池各结厚度进行优化,综合考虑材料成本及生产技术等因素,最佳厚度组合为1.35、2.83和3.19μm时,光电转换效率为44.4%,仅比最高转换效率低0.3%。     

在地面日光中标定(AM1)太阳电池

本文报道了一种在地面日光中标定(AM1)太阳电池的方法。利用在海南岛和长春测得的不同大气质量(m)时的I_(sc)值,作lnI_(sc)—m图,并外推到AM=1,得到(I_(sc))_(m=1)。利用在长春的测量数据外推所得(I_(sc))_(m=1)值与在海南岛测量数据外推所得(I_(sc))_(m=1)值相符。