GaInSb单结热光伏电池的研究

摘要

热光伏技术（TPV）是把高温辐射源中的近红外能量通过热光伏电池直接转为电能的技术。由于热光伏系统充分利用能量及热源的多元化选择等优点，因此具有良好的发展前景及商业价值。对于热光伏技术的研究已经成为重中之重。至今，关于热光伏系统的研究焦点主要还是对新型电池材料的开发、器件结构的设计以及生长工艺的优化等方面。　　本论文主要从实验和理论仿真两个方面对热光伏电池进行研究：一方面应用LP-MOCVD技术生长GaInSb薄膜，探讨生长参数对薄膜表面样貌特性的影响；另一方面，应用/Silvaco Atlas软件仿真GaInSb热光伏电池，并探讨了器件参数和温度对电池性能的影响。通过研究得出以下结果：　　（1）使用LP-MOCVD方法在GaSb衬底上生长了GaxIn1-xSb三元合金，研究了生长参数对薄膜表面样貌的影响。优化获得光滑平整表面并且XRD衍射峰半高宽较小的GaxIn1-xSb外延层的生长温度为550oC、气相V/III比为1.5、TMIn/III比为0.1、反应室气压是100Pa。　　（2）仿真研究表明，在发射层的厚度是5μm，基层的厚度是0.2μm时，热光伏电池转换效率输出最大，随着有源区厚度进一步增加，电池性能随之下降；当发射层的掺杂浓度是3×1017cm-3，基层的掺杂浓度是1×1018cm-3时，电池效率最高，进一步提高掺杂浓度，电池的性能急剧变差。窗口层的厚度和掺杂浓度有个最佳值。此时窗口层的厚度为0.1μm，掺杂浓度为2×1019cm-3。背电场层主要起电场作用。热光伏电池具有负的温度特性，随着工作环境温度的提高，电池的输出功率将减少；随着辐射源温度的升高，光功率密度和光谱范围均增加，更加有利于提高电池的光电转换效率。　　在工作温度为300K，辐射源的温度为1473K，其中热光伏电池的面积设计为2400mm，仿真模拟该单结热光伏电池。其模拟结果：0.43ocV=V，26.18/scI=A cm，2Pmax=1.95W/cm，7.35%celh=。

目录

声明

1 绪论

1.1热光伏技术概述

1.2基于锑化物的热光伏电池

1.3 热光伏电池的应用价值及前景

1.4 本论文主要研究工作

2 GaInSb薄膜的MOCVD生长特性研究

2.1金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术概述