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。     

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

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％。     

Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池材料中少子扩散长度与太阳电池效率

本文报道了PNN和PPNN结构的Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池材料中P-GaAs有源区的少子扩散长度与电池效率之间的关系,讨论了杂质、缺陷和结深等有关因素对少子扩散长度的影响。同时对L_n与V_(oc、I_(sc)和FF等电池参数间的关系也略加讨论。研制出效率达20.1％(AM1)的太阳电池。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

低能量质子辐照对背场硅太阳电池电性能影响的研究

研究了在模拟空间质子辐照环境条件下,质子能量分别为60 keV、150 keV,辐照剂量为1×1013～2×1016cm-2时,背场硅太阳电池的电性能的变化。试验表明,电池的开路电压Voc、短路电流Isc、最大输出功率Pmax随着质子能量和辐照剂量的增加出现了大幅衰降。随着能量的增大Voc和Pmax衰降幅度明显大于Isc,而随辐照剂量的增加短路电流Isc衰降幅度要比Voc和Pmax大得多,并且随着质子能量的增大短路电流,Isc与辐照剂量呈明显的线性关系。当质子能量为60keV,辐照剂量为1.2×1013cm-2时,Pmax/P。衰降到75％。通过深能级瞬态能谱X射线激发光电子能谱和红外光谱,初步分析了能量小于200 keV质子辐照导致电池电性能衰降的原因。     

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。     

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     

硅异质结太阳电池的TiCxOy电子选择性接触研究

报道一种新型的免掺杂电子传输材料——TiC_xO_y,具有非晶相为主少量晶化相的混合相结构,约4.1 eV的低功函数和2.63 eV的宽带隙,可实现对电子的零势垒传输和对空穴的高势垒(1.64 eV)阻挡;TiC_xO_y/n型硅异质接触可获得17.74 mΩ·cm²的低接触电阻率,可实现对电子的选择性输运功能。TiC_xO_y薄膜用作全背面n型硅异质结电池的电子传输层,可大幅提高电池的开路电压和填充因子,最优电池的绝对效率提高3%。     

太阳电池及其应用技术讲座(二)太阳电池的原理和性能

1 p-n结 如图1(a)所示,使一块n型半导体和一块p型半导体紧密地接触.交界处n区一侧的电子浓度高,形成一个要向p区扩散的正电荷区域;同样,p区一侧的空穴浓度高,形成一个要向n区扩散的负电荷区域.n区和p区交界面两侧的正、负电荷薄层区域,称之为"空间电荷区",即p-n结,如图1(b)所示.     

a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池的模拟优化

通过AFORS-HET软件模拟了TCO/a-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n)/Ag结构的硅异质结电池中硅衬底电阻率、本征非晶硅薄膜厚度、发射极材料特性以及TCO功函数对电池性能的影响。结果表明:在其它参数不变的条件下,硅衬底电阻率越低,转换效率越高;发射极非晶硅薄膜厚度对短路电流有较大影响,发射极掺杂浓度低于7.0×10¹⁹cm^-3时,电池各项性能参数都极差;TCO薄膜功函数应大于5.2 eV,以保证载流子的输运收集。     

薄膜太阳电池系列讲座(2) 减薄晶体硅太阳电池给薄膜太阳电池的启示(下)

二减薄电池的发展1厚度减薄问题的提出减薄材料厚度除成本优势外,还会带来什么好处以及相应难点?事实上减薄厚度有利于增强PN结电池内光生载流子的收集。美国RCA的DavidRedfield等[3,4]于1974年首先对晶硅太阳电池的厚度提出"疑议",明确提出减少晶硅太阳电池     

SnO_2/Si异质结太阳电池的研究

在10cm~2的单晶硅片上,用喷涂热分解法制备了SnO_2/Si异质结太阳电池,在光强为100mW/cm~2(AM1.5)的ELH灯照射下,全面积电池的光电转换效率η=10.79％,其有效面积的效率已达到11.99％。氧化锡膜是喷涂一种四氯化锡的混合物到加热的硅衬底上沉积而成的。这种电池的效率在很大程度上取决于硅和氧化锡之间的二氧化硅绝缘层,其最佳厚度为10—20(?)。文中给出了这种电池的温度系数曲线。     

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。