高性能InGaAs/GaAsP多量子阱太阳能电池的研究
发布时间：2021-09-01 16:17
多结Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳能电池在空间电池技术中具有很大的优势,在陆地聚光发电系统中的应用也越来越具有竞争力。常规的多结电池结构在材料选择上受限于晶格匹配的条件,子电池对吸收光谱的分配有局限性,转换效率存在Shockley–Queisser极限。应力平衡量子阱的引入打破了常规多结电池结构的光谱固定分配模式,通过调节势阱带隙使之成为光谱可调型电池,在结构优化上拥有了更多的自由度。本文重点研究了应力平衡In GaAs/GaAsP多量子阱在太阳能电池上的应用,根据现有InGaAs/GaAsP量子阱结构的研究现状,提出了将InGaAs子电池吸收边拓展到950nm,相应外量子效率达到50%以上的目标。具体的研究内容分为以下几个部分:1、探究了量子阱太阳能电池的研究基础,包括量子阱太阳能电池的基本原理和各项特征参数,MOCVD的工艺原理以及材料和器件的表征分析原理;2、InGaAs/GaAsP量子阱结构参数的设计:根据三结电池限流的特性,分析了中顶电池电流匹配时InGaAs子电池吸收边的理论位置。针对多量子阱结构的应力平衡条件,利用计算模型将应力平衡的判断方法进行量化,并通过RADS模拟软件验证...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
能源需求预测
美国也因此将从能源净进口国成为净出口国。由此可见，能源技术的革命展应朝着两个方向发展：发展新能源和提高能源效率。正是基于这种对能源效率提升以及能源结构调整的迫切需求，清洁的可再源得到了迅猛发展，成为全球增速最快的的能源模块，其中太阳能技术增速明显。2014 年全球太阳能发电量同比增长 38.2%，远高于可再生能源中增速的风能发电（10.2%）[2]。在太阳能发电技术中，太阳能电池是发电系统的主体，它是一种在 pn 结有施加电压的半导体器件。在太阳光照射下，太阳能电池将光能转换成电能递给负载，作为长期电源早已在人造卫星和宇宙飞船中广泛使用。随着技术，太阳能电池对能量的利用效率不断提升，在地面发电系统中的应用也得到速发展。从图 2 中可以看出，太阳能电池技术从上世纪七十年代开始，历经了从单、多晶硅到Ⅲ-Ⅴ族半导体技术的不断发展[3]。目前能达到的最高光电转换超过 44%，采用的技术是聚光条件下的三结 GaAs 太阳能电池。
图 1-5 单结和三结电池的吸收光谱Fig.1-5 Absorption spectra of Si solar cell and Triple Junction (TJ) solar cell目前常规三结 GaAs 电池的制备技术已经成熟，在不对材料结构进行调整的情况下，转换效率已经很难继续提升。从 1955 年 Jackson 提出多结电池的概念以来[11]，直到 1998 年整体级联三结 InGaP/GaInAs/Ge 电池的面世[12]，人们开始不断尝试四结和五结电池的技术研发。但因为四结电池所用到的 N 源材料制造难度高，材料中的少子寿命和迁移率都比较低，成了整个技术的短板。于是人们不得不把研究重点又放在了三结太阳能电池上，等待 N 源材料的技术发展。21世纪以来，人们以三结 GaAs 基太阳能电池为基础，不断刷新着电池转换效率的记录。量子阱太阳能电池就是在这样的背景下产生和发展的。1.3 量子阱太阳能电池的研究意义和研究现状1.3.1 量子阱太阳能电池的研究意义
【参考文献】：
期刊论文
[1]英国石油集团（BP）正式发布《BP2035世界能源展望》（2015版）中国专题报告[J]. 胡敏. 炼油技术与工程. 2015(06)
[2]GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究[J]. 丁美斌,娄朝刚,王琦龙,孙强. 物理学报. 2014(19)
[3]能源市场灵活调整应对世界变化——《BP世界能源统计年鉴2013》发布[J]. 王立敏. 国际石油经济. 2013(07)
[4]量子阱太阳能电池的外量子效率(英文)[J]. 娄朝刚,严亭,孙强,许军,张晓兵,雷威. 半导体学报. 2008(11)
[5]GaInAs/GaAs应变量子阱能带结构的计算[J]. 晏长岭,秦莉,宁永强,张淑敏,王青,赵路民,刘云,王立军,钟景昌. 激光杂志. 2004(05)
[6]异质结应变层的临界厚度的确定[J]. 白利伟,胡礼中. 半导体技术. 2002(02)
硕士论文
[1]GaInP2/GaAs/Ge双结级联太阳电池MOCVD生长和聚光器的制作研究[D]. 李晓婷.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2003
本文编号：3377297
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
能源需求预测
美国也因此将从能源净进口国成为净出口国。由此可见，能源技术的革命展应朝着两个方向发展：发展新能源和提高能源效率。正是基于这种对能源效率提升以及能源结构调整的迫切需求，清洁的可再源得到了迅猛发展，成为全球增速最快的的能源模块，其中太阳能技术增速明显。2014 年全球太阳能发电量同比增长 38.2%，远高于可再生能源中增速的风能发电（10.2%）[2]。在太阳能发电技术中，太阳能电池是发电系统的主体，它是一种在 pn 结有施加电压的半导体器件。在太阳光照射下，太阳能电池将光能转换成电能递给负载，作为长期电源早已在人造卫星和宇宙飞船中广泛使用。随着技术，太阳能电池对能量的利用效率不断提升，在地面发电系统中的应用也得到速发展。从图 2 中可以看出，太阳能电池技术从上世纪七十年代开始，历经了从单、多晶硅到Ⅲ-Ⅴ族半导体技术的不断发展[3]。目前能达到的最高光电转换超过 44%，采用的技术是聚光条件下的三结 GaAs 太阳能电池。
图 1-5 单结和三结电池的吸收光谱Fig.1-5 Absorption spectra of Si solar cell and Triple Junction (TJ) solar cell目前常规三结 GaAs 电池的制备技术已经成熟，在不对材料结构进行调整的情况下，转换效率已经很难继续提升。从 1955 年 Jackson 提出多结电池的概念以来[11]，直到 1998 年整体级联三结 InGaP/GaInAs/Ge 电池的面世[12]，人们开始不断尝试四结和五结电池的技术研发。但因为四结电池所用到的 N 源材料制造难度高，材料中的少子寿命和迁移率都比较低，成了整个技术的短板。于是人们不得不把研究重点又放在了三结太阳能电池上，等待 N 源材料的技术发展。21世纪以来，人们以三结 GaAs 基太阳能电池为基础，不断刷新着电池转换效率的记录。量子阱太阳能电池就是在这样的背景下产生和发展的。1.3 量子阱太阳能电池的研究意义和研究现状1.3.1 量子阱太阳能电池的研究意义
【参考文献】：
期刊论文
[1]英国石油集团（BP）正式发布《BP2035世界能源展望》（2015版）中国专题报告[J]. 胡敏. 炼油技术与工程. 2015(06)
[2]GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究[J]. 丁美斌,娄朝刚,王琦龙,孙强. 物理学报. 2014(19)
[3]能源市场灵活调整应对世界变化——《BP世界能源统计年鉴2013》发布[J]. 王立敏. 国际石油经济. 2013(07)
[4]量子阱太阳能电池的外量子效率(英文)[J]. 娄朝刚,严亭,孙强,许军,张晓兵,雷威. 半导体学报. 2008(11)
[5]GaInAs/GaAs应变量子阱能带结构的计算[J]. 晏长岭,秦莉,宁永强,张淑敏,王青,赵路民,刘云,王立军,钟景昌. 激光杂志. 2004(05)
[6]异质结应变层的临界厚度的确定[J]. 白利伟,胡礼中. 半导体技术. 2002(02)
硕士论文
[1]GaInP2/GaAs/Ge双结级联太阳电池MOCVD生长和聚光器的制作研究[D]. 李晓婷.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2003
本文编号：3377297
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