III-V族GaAs基半导体太阳能电池的模拟研究

摘要

太阳能作为一种新型能源，既易于获得又环保，其对于解决目前的环境和能源问题都具有十分重要的意义。其中，III-V 族GaAs基叠层结构的太阳能电池由于高效（理论上结数越多转换效率越高，甚至可达50％）而备受关注。
　　 本文在简要叙述太阳能电池的研究背景和发展方向之后，简要介绍了其工作原理、光学及电学方面的特性，对模拟软件Crosslight APSYS的使用步骤及电池模拟用到的方程组和模型也给予了简要的介绍。然后，利用软件Crosslight APSYS 自带的模型对GaAs 电池的电学性能和效率进行模拟研究。
　　 首先，详细给出了单结GaAs 太阳能电池的模拟优化过程，在一定范围内，通过改动电池每层层厚、掺杂浓度及材料组分来分析这些参数对电池开路电压Voc、短路电流密度Jsc和效率Eff的影响，将所得最佳值重新组合以及分析之后，对参数进行再次调整：主要将背散层和缓冲层的掺杂浓度调到了1×1018cm-3（实际工艺水平）。最终获得单结26.48％的光电转换效率（相对于初始结构提高了11％，量子效率达90％），达到提高单结电池效率的优化目的。除此之外，还研究了GaInP和AlGaAs 材料之间，哪种更适合作为单结GaAs 电池的背散层和窗口层材料，结果表明两者均适合。其次，在对双结InGaP/GaAs 电池进行简单介绍之后，便在初始电池结构基础之上对其结构参数进行优化：一方面，提高双结电池整体的掺杂水平；另一方面，将帽子层厚度从0.5μm 减至0.1μm，掺杂浓度增加一个量级。通过这两方面改进，电池效率可大幅提高至35.16％（初始结构效率为28.79％），从而达到提升双结电池效率的目的。在本文最后，对以上工作进行了总结。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 太阳能电池工作原理和Crosslight APSYS 模拟介绍

3 单结GaAs 太阳能电池的研究

4 双结GaInP/GaAs 电池的研究

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录