InGaN-GaN多量子阱太陽能電池研究.pdf

1、InGaN/GaN多量子阱（InGaN/GaN MQW）太陽能電池是一種新型的太陽能電池。通過改變In組分，InGaN的禁帶寬度可以實(shí)現(xiàn)從0.7eV到3.4eV的連續(xù)變化，基本覆蓋太陽光光譜，理論上可以制造光電轉(zhuǎn)換效率極高的太陽能電池，因此受到大家的普遍關(guān)注。然而，高質(zhì)量InGaN材料的生長非常困難，高光電轉(zhuǎn)換效率的InGaN/GaN MQW太陽能電池還難以實(shí)現(xiàn)。目前，InGaN/GaN MQW太陽能電池尚處于研究階段，國際上InGaN

2、/GaN MQW太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率徘徊在0.5％到3％之間。因此，本文從材料和器件結(jié)構(gòu)兩方面深入研究了p-i-n結(jié)構(gòu)的InGaN/GaN MQW太陽能電池，其中i層為InGaN/GaN多量子阱，p層為p-GaN，n層為n-GaN，主要成果如下：
　?。?）研究了InGaN/GaN多量子阱周期數(shù)與InGaN層等效厚度對材料質(zhì)量和器件性能的影響。研究結(jié)果表明，在i層總厚度保持不變的條件下，通過增加量子阱周期數(shù)并減少InGaN層等

3、效厚度，能夠減少位錯密度并抑制InGaN合金的相分離，使材料質(zhì)量得到改善。但是隨著InGaN層等效厚度的下降，材料對光的吸收強(qiáng)度減小。因此需要折中考慮，本文通過優(yōu)化使器件光電轉(zhuǎn)換效率提高了37.5％。
　?。?）研究了 i層總厚度對材料質(zhì)量和器件性能的影響。研究結(jié)果表明，在多量子阱周期數(shù)相同的條件下，通過等比例減小InGaN阱層和GaN壘層的厚度使i層總厚度減小，能有效提高i層對光生載流子的輸運(yùn)能力。但是，同時也減小了InGaN層

4、等效厚度，使材料對光的吸收能力變?nèi)?，同樣需要折中考慮。本文通過優(yōu)化i層厚度，最終使太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到了大幅的提高，提高了約7倍。
　?。?）研究了n-GaN區(qū)刻蝕深度和p電極結(jié)構(gòu)對太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，n-GaN區(qū)刻蝕深度減小，能使更多的光生電子擴(kuò)散到n電極，有利于太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高。p電極包括p條形電極和p接觸電極。研究結(jié)果表明，p條形電極以及p接觸電極的增加可以減小接觸電阻，有效提高器

5、件的開路電壓和短路電流。同時，p電極圖形會阻擋光進(jìn)入器件，影響器件性能，因此p電極圖形的設(shè)計(jì)需要折中考慮。通過優(yōu)化n-GaN區(qū)刻蝕深度和p電極結(jié)構(gòu)，使器件的光電轉(zhuǎn)換效率從0.62％提高到0.79％。
　?。?）研究了器件單元面積對太陽能電池性能的影響。研究結(jié)果表明，隨著器件單元面積的減小，能使n-GaN區(qū)中更多的光生電子擴(kuò)散到n電極，進(jìn)而提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。本文通過優(yōu)化器件單元面積，最終使太陽能電池的開路電壓達(dá)到1.93V，光