In组分和势垒层掺杂浓度的变化对基于InGaN全固态太阳能电池的影响
发布时间：2020-12-22 10:59
光子增强热电子发射（PETE）全固态太阳能电池是PETE研究的一个重要方向。本文选择P型重掺杂的窄带隙InxGa1-xN材料作为吸收层,N型掺杂的宽带隙的InxGa1-xN材料作为势垒层组成全固态太阳能电池,运用AMPS-1D软件研究In组分和势垒层掺杂浓度对InGaN全固态太阳能电池性能的影响,结果得到了InGaN重掺杂浓度的临界值为3.94×1019/cm3,发现全固态太阳能电池的光电转换效率会随着势垒层In组分的变化而变化,并由此得出最优的组合为:吸收层In组分为0.75,势垒层In组分为0.58,光电转换效率为31.333%。进一步研究该组合发现光电转换效率会随着势垒层掺杂浓度的升高而降低,最优的势垒层掺杂浓度不易超过2×1019/cm3,调节势垒层In组分可以起到调节势垒高度的作用,本文的结果将为InGaN全固态太阳能电池的制备提供理论支持。
【文章来源】：电子元件与材料. 2020年07期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
基于InGaN的全固态太阳能电池的能级示意图[19]
本计算所模拟的基于InGaN的全固态太阳能电池,其结构可以简化为图2形式,由于几百纳米的InGaN半导体材料就可以吸收大部分入射光,因此本研究选用厚度为100 nm的重掺杂P型窄禁带InxGa1-xN材料作为吸收层。且为使基于InGaN的全固态太阳能电池满足热电子发射机制,势垒层不易过薄,而势垒层过厚也势必会影响电子的发射,进而降低光电转换效率,因而选择厚度为10 nm的N型掺杂宽禁带的InxGa1-xN材料作为势垒层。在本模拟过程中,首先需要找到InGaN的P型重掺杂浓度,因此先随机选取In组分为0.75的In0.75Ga0.25N为吸收层(对应Eg=1.11 eV),In组分为0.44的In0.44Ga0.56N为势垒层(对应Eg=1.86 eV),并通过翻阅大量文献发现对于大多数材料,当掺杂浓度超过1019/cm3可以达到重掺杂,因此本研究选取多个在1019/cm3以上的掺杂浓度进行尝试,并通过AMPS-1D软件做出能带图,确定InGaN材料具体的P型重掺杂浓度。当P型的掺杂浓度NA=3.93×1019/cm3时,其能带图如图3所示,结果发现在热平衡状态下,其费米能级基本上与价带顶重合,还并未达到重掺杂的程度。
在本模拟过程中,首先需要找到InGaN的P型重掺杂浓度,因此先随机选取In组分为0.75的In0.75Ga0.25N为吸收层(对应Eg=1.11 eV),In组分为0.44的In0.44Ga0.56N为势垒层(对应Eg=1.86 eV),并通过翻阅大量文献发现对于大多数材料,当掺杂浓度超过1019/cm3可以达到重掺杂,因此本研究选取多个在1019/cm3以上的掺杂浓度进行尝试,并通过AMPS-1D软件做出能带图,确定InGaN材料具体的P型重掺杂浓度。当P型的掺杂浓度NA=3.93×1019/cm3时,其能带图如图3所示,结果发现在热平衡状态下,其费米能级基本上与价带顶重合,还并未达到重掺杂的程度。当P型的掺杂浓度NA=3.95×1019/cm3时,其能带图如图4所示,结果发现在热平衡状态下,费米能级明显要低于价带顶,因此证明此时吸收层处于重掺杂状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]InGaN太阳电池光电转换特性的理论计算[J]. 张玉宁,剡文杰. 电源技术. 2016(03)
博士论文
[1]基于光子增强热电子发射（PETE）的全固态高温太阳能电池技术研究[D]. 杨阳.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
硕士论文
[1]InGaN基太阳能电池的结构设计及极化效应研究[D]. 张利超.河北科技大学 2015
[2]硅基薄膜太阳电池的数值模拟[D]. 张聪亮.温州大学 2011
本文编号：2931639
【文章来源】：电子元件与材料. 2020年07期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
基于InGaN的全固态太阳能电池的能级示意图[19]
本计算所模拟的基于InGaN的全固态太阳能电池,其结构可以简化为图2形式,由于几百纳米的InGaN半导体材料就可以吸收大部分入射光,因此本研究选用厚度为100 nm的重掺杂P型窄禁带InxGa1-xN材料作为吸收层。且为使基于InGaN的全固态太阳能电池满足热电子发射机制,势垒层不易过薄,而势垒层过厚也势必会影响电子的发射,进而降低光电转换效率,因而选择厚度为10 nm的N型掺杂宽禁带的InxGa1-xN材料作为势垒层。在本模拟过程中,首先需要找到InGaN的P型重掺杂浓度,因此先随机选取In组分为0.75的In0.75Ga0.25N为吸收层(对应Eg=1.11 eV),In组分为0.44的In0.44Ga0.56N为势垒层(对应Eg=1.86 eV),并通过翻阅大量文献发现对于大多数材料,当掺杂浓度超过1019/cm3可以达到重掺杂,因此本研究选取多个在1019/cm3以上的掺杂浓度进行尝试,并通过AMPS-1D软件做出能带图,确定InGaN材料具体的P型重掺杂浓度。当P型的掺杂浓度NA=3.93×1019/cm3时,其能带图如图3所示,结果发现在热平衡状态下,其费米能级基本上与价带顶重合,还并未达到重掺杂的程度。
在本模拟过程中,首先需要找到InGaN的P型重掺杂浓度,因此先随机选取In组分为0.75的In0.75Ga0.25N为吸收层(对应Eg=1.11 eV),In组分为0.44的In0.44Ga0.56N为势垒层(对应Eg=1.86 eV),并通过翻阅大量文献发现对于大多数材料,当掺杂浓度超过1019/cm3可以达到重掺杂,因此本研究选取多个在1019/cm3以上的掺杂浓度进行尝试,并通过AMPS-1D软件做出能带图,确定InGaN材料具体的P型重掺杂浓度。当P型的掺杂浓度NA=3.93×1019/cm3时,其能带图如图3所示,结果发现在热平衡状态下,其费米能级基本上与价带顶重合,还并未达到重掺杂的程度。当P型的掺杂浓度NA=3.95×1019/cm3时,其能带图如图4所示,结果发现在热平衡状态下,费米能级明显要低于价带顶,因此证明此时吸收层处于重掺杂状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]InGaN太阳电池光电转换特性的理论计算[J]. 张玉宁,剡文杰. 电源技术. 2016(03)
博士论文
[1]基于光子增强热电子发射（PETE）的全固态高温太阳能电池技术研究[D]. 杨阳.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2015
硕士论文
[1]InGaN基太阳能电池的结构设计及极化效应研究[D]. 张利超.河北科技大学 2015
[2]硅基薄膜太阳电池的数值模拟[D]. 张聪亮.温州大学 2011
本文编号：2931639
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2931639.html
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