四结GaAs太阳电池的减反射膜的设计与制备

发布时间：2020-03-21 08:17

【摘要】：伴随着传统能源的日益减少和对环境所造成的污染,太阳能逐渐成为人类社会所需要的清洁环保型能源,太阳电池则是最直接有效的利用太阳能的方式。其中GaAs基多结太阳电池因其具有宽光谱吸收的特点而成为除Si基电池之外的薄膜太阳电池中的佼佼者。为了进一步提升其光电转换效率,除了优化电池结构外,还可以通过设计电池减反射膜而增大光的吸收。本文主要采用TFCale软件在四结太阳电池GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs上优化设计了ZnS/MgF_2/nano-SiO_2三层减反膜系统,并使用磁控溅射设备完成镀膜。具体研究内容如下:(1)采用TFCale光学模拟软件在波长为350nm到1800nm的范围内,对四结砷化镓太阳电池的三层减反射膜系进行了模拟设计,通过研究膜层厚度,光入射角及折射率等因素的变化对膜系减反射效果的影响,得到有效反射率最低为3.23%的ZnS/MgF_2/nano-SiO_2三层减反膜;(2)采用磁控溅射技术分别制备各层减反射膜材料,可得到性能满足要求的材料,此时的较优的工艺条件为:ZnS的溅射功率为70W、溅射气压为0.5Pa、溅射时间为20分钟;MgF_2的溅射功率为70W、溅射气压为0.3Pa、溅射时间为13分钟;nano-SiO_2的溅射功率为100W、溅射气压为0.8Pa、溅射时间为105分钟;(3)在砷化镓衬底上制备ZnS/MgF_2/nano-SiO_2三层减反射膜,在350nm到1800nm波长范围内,测得其平均反射率为10.08%,理论模拟出的平均反射率为7.12%;在350nm到650nm内,测得的实际平均反射率为13.97%,而理论值为12.83%;在650nm到880nm内,实测值为9.64%,理论值为8.71%;在880nm到1240nm内,实测值为8.12%,理论值为5.66%;在1240nm到1800nm内,实测值为7.31%,理论值为4.46%。
【图文】：

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电子带负电就会形成光生电动势，其在空间电荷区的运动便会产生光生电流，，完成太阳能的光电转换。图1.1 太阳电池工作原理示意图1.2.2 GaAs 基太阳电池工作原理随着半导体科学技术的发展，从最初的单结砷化镓太阳电池到后期的多结砷化镓，其研制工作也在快速前进。单结砷化镓太阳电池的只能吸收特定波段的太阳光，但是如果采用多结叠层的电池结构就可以扩展太阳电池的对光的吸收波段。多结太阳电池就是通过将不同吸收带隙的子电池连接起来，并依次由宽带隙到窄带隙，当阳光入射时，光子能量大的短波先被吸收，而光子能量小的将被下一部分所吸收，以此类推并逐级吸收不同波段内的光，从而增大吸收光谱，提高了单位波长区间的光电转换效率。在目前的研究中，多结砷化镓太阳电池应用最为广泛

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第 1 章绪论4图1.2 单片式四结叠层太阳电池光谱吸收示意图1.2.3 GaAs 基多结太阳电池的发展从上世纪80年代以来，由于制备技术的快速发展，使得GaAs基多结太阳电池的研究和商业化应用成为了可能，其光电转换效率也在近年来不断攀升。在众多的半导体材料中，GaAs基多结太阳电池因具有较高的光吸收系数，且抗辐射能力强，而且它的能带与太阳光谱很匹配，可以在很宽的温度范围内工作，在航天航空领域获得了广泛的应用。1.2.3.1 GaAs 基太阳电池的特点砷化镓太阳电池是Ш-V族化合物半导体太阳电池，它相比较与硅太阳电池具有很多优势：首先，它的光电转换效率高（理论上硅太阳电池效率为23%
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】