光学工艺

光学加工工艺与设备TN305.22006021680GaAs/InP低温晶片键合的研究=Lowtemperature GaAs/InP wafer bonding[刊,中]/王兴妍(北京邮电大学光通信中心.北京(100876)),黄辉…∥半导体光电.—2005,26(6).—512-514将硫脲溶液用于GaAs/InP基材料低温晶片键合的表面处理工艺,实现了GaAs/InP基材料间简单、无毒性的低温(380℃)晶片键合,并通过界面形貌,解理后断裂面,键合强度及键合界面I-V特性对键合晶片进行了分析。图6参5(杨妹清)TQ171.62006021681大型非球面主镜能动磨盘加工模型=Manufacturing mod-el research of active lap for la…     

空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7 As(1 eV)倒装三结太阳电池研制

采用阶变缓冲层技术 (step-graded) 外延生长了具有更优带隙组合的倒装GaInP/GaAs/In_0.3Ga_0.7As(1.0 eV) 三结太阳电池材料, TEM和HRXRD测试表明晶格失配度为2%的In_0.3Ga_0.7As 底电池具有较低的穿透位错密度和较高的晶体质量, 达到太阳电池的制备要求. 通过键合、剥离等工艺制备了太阳电池芯片. 面积为 10.922 cm² 的太阳电池芯片在空间光谱条件下转换效率达到32.64% (AM0, 25 ℃), 比传统晶格匹配的 GaInP/GaAs/Ge(0.67 eV) 三结太阳电池的转换效率提高3个百分点. 关键词： 太阳电池 三结 倒装结构     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟

以GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,开展了能量为0.7, 1, 3, 5, 10 MeV的质子辐照损伤模拟研究,建立了三结太阳电池结构模型和不同能量质子辐照模型,获得了不同质子辐照条件下的I-V曲线,光谱响应曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了三结太阳电池短路电流、开路电压、最大功率、光谱响应随质子能量的变化规律,利用不同辐照条件下三结太阳电池最大输出功率退化结果,拟合得到了三结太阳电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化曲线.研究结果表明,质子辐照会在三结太阳电池中引入位移损伤缺陷,使得少数载流子扩散长度退化幅度随质子能量的减小而增大,从而导致三结太阳电池相关电学参数的退化随质子能量的减小而增大.相同辐照条件下,中电池光谱响应退化幅度远大于顶电池光谱响应退化幅度,中电池抗辐照性能较差,同时中电池长波范围内光谱响应的退化幅度比短波范围更大,表明中电池相关电学参数的退化主要来源于基区损伤.     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应

研究了1 MeV和1.8 MeV电子辐照下GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤效应.电学性能研究结果表明,GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压、短路电流和最大功率随辐照剂量的增加发生明显衰降,在1 MeV电子辐照下剂量为1×10¹⁵cm^-2时,与辐照前相比最大功率衰降了17.7%.暗I-V特性分析表明,高能电子辐照下三结电池串、并联电阻的变化是引起太阳电池电学性能衰降的重要原因.光谱响应分析结果表明,GaInP 关键词： GaInP/GaAs/Ge太阳电池 电子辐照 电学性能 光谱响应     

不同能量质子辐照诱发子电池GaAs退化模拟研究

为了研究空间辐照诱发的子电池GaAs相关参数的退化行为,以三结太阳电池的子电池GaAs为研究对象,开展了不同辐照条件下的质子辐照模拟研究,建立了子电池GaAs结构模型,得到了不同辐照能量和注量下短路电流、开路电压、转化因子、最大功率的退化结果。利用现有实验数据,验证了不同能量质子辐照诱发的子电池GaAs的归一化最大功率随质子注量的退化。结合子电池GaAs在不同辐照条件下的最大功率退化结果,得到了归一化最大功率随位移损伤剂量的退化方程。研究结果表明:质子辐照诱发的辐照缺陷是导致子电池退化的直接原因,子电池GaAs的短路电流、开路电压、转化因子和最大功率随质子注量的增加而逐渐退化。当质子注量大于1×10~(11) cm~(-2)时,子电池GaAs的归一化电学参数的退化幅度与质子注量的对数值近似成正比,电学参数的退化随质子辐照能量的减小而逐渐增加。质子辐照诱发的子电池GaAs的外量子效率在长波长范围内的退化情况比其在短波长范围内的退化情况更严重。     

钙钛矿/硅叠层太阳电池中平面a-Si:H/c-Si异质结底电池的钝化优化及性能提高

最近,旋涂法制备的钙钛矿/平面硅异质结高效叠层太阳电池引起人们广泛关注,主要原因是相比于绒面硅衬底制备的钙钛矿/硅叠层太阳电池,其制备工艺简单、制备成本低且效率高.对于平面a-Si:H/c-Si异质结电池, a-Si:H/c-Si界面的良好钝化是获得高转换效率的关键,进而决定了钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的性能.本文主要从硅片表面处理、a-Si:H钝化层和P型发射极等方面展开研究,通过对硅片表面的氢氟酸(HF)浸泡时间和氢等离子体预处理气体流量、a-Si:H钝化层沉积参数、钝化层与P型发射极(I/P)界面富氢等离子体处理的综合调控,获得了相应的优化工艺参数.对比研究了p-a-Si:H和p-nc-Si:H两种缓冲层材料对I/P界面的影响,其中高电导、宽带隙的p-nc-Si:H缓冲层既能够降低I/P界面的缺陷态,又可以增强P型发射层的暗电导率,提高了前表面场效应钝化效果.通过上述优化,制备出最佳的P-type emitter layer/aSi:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/N-type layer (inip)结构样品的少子寿命与implied-Voc分别达到2855μs和709 mV,表现出良好的钝化效果.应用于平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池,转换效率达到18.76%,其中开路电压达到681.5 mV,相对于未优化的电池提升了34.3 mV.将上述平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池作为底电池,对应的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的开路电压达到1780 mV,转换效率达到21.24%,证明了上述工艺优化能够有效地改善叠层太阳电池中的硅异质结底电池的钝化及电池性能.     

CdS/CdMnTe太阳能电池异质结界面与光电性能的第一性原理计算

CdS/CdMnTe异质结是具有集成分立光谱结构的叠层电池的"核芯"元件,是驱动第三代太阳能电池发展的核心引擎,其界面相互作用对大幅度提高太阳能电池的转换效率至关重要.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算构建CdS (002), CdMnTe (111)表面模型及Mn原子占据不同位置的CdS/CdMnTe异质结界面结构模型,分析CdS (002), CdMnTe (111)表面及异质结界面的电子性质和光学性质.晶格结构分析表明, CdS/CdMnTe异质结的晶格失配度约为3.5%,弛豫后原子位置与键长均在界面处发生一定程度的变化.态密度分析发现异质结界面的费米能级附近不存在界面态,并且界面处的Cd, S, Te原子之间的轨道杂化可增强界面的结合能力.差分电荷密度分析显示,界面处发生了电荷的重新分配,电子由CdMnTe转移到CdS侧.光学分析显示, CdS/CdMnTe异质结主要吸收紫外光,吸收系数可达105 cm~(–1),但不同Mn原子位置的异质结光学性质也稍有差别.在200—250 nm范围, Mn原子位于中间层的异质结的吸收系数更大,但在250—900 nm范围内, Mn原子位于界面层的异质结吸收峰更高.本文合理构建了CdS/CdMnTe异质结模型,计算分析了其界面光电性能,可为提高叠层电池的光电转换效率提供一定的理论参考,为实现多带隙异质结的实验研究提供一定的理论依据.     

直接键合InP-GaAs结构界面的特性研究

通过对直接键合InP-GaAs结构的红外吸收光谱分析以及断面扫描电子显微镜观察发现，样品制备过程中不均匀的外加压强导致InP-GaAs交界面局部出现了不连续过渡的空间层，实验上将熔融石蜡渗透并被填充到该空间层，利用其对3.509μm波长光的强烈吸收特性可表征 这种局部的键合不连续区域，二维扫描测试样品不同区域的吸收谱得到3.509μm波长吸收强 度等值线图，从而描绘出外加压强的不均匀分布.实验上通过改进键合装置的施压均匀性， 得到了连续过渡界面且均匀键合的InP-GaAs结构，利用这种均匀键合技术有望制备大尺寸器 件例如光学微腔等. 关键词： 晶片直接键合 界面 红外吸收光谱     

纳米硅(nc-Si:H )/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的数值模拟分析

运用美国宾州大学发展的AMPS程序模拟分析了n-型纳米硅（n+-nc-Si:H）/p-型晶体硅(p-c-Si)异质结太阳电池的光伏特性.分析表明，界面缺陷态是决定电池性能的关键因素，显著影响电池的开路电压（VOC）和填充因子（FF），而电池的光谱响应或短路电流密度（JSC）对缓冲层的厚度较为敏感.对不同能带补偿（bandgap offset）的情况所进行的模拟分析表明，随着ΔEc的增大，由于界面态所带来的开路电压和填充因子的减小逐渐被消除，当ΔEc达到05eV左右时界面态的影响几乎完全被掩盖.界面层的其他能带结构特征对器件性能的影响还有待进一步研究.最后计算得到了这种电池理想情况下（无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1）的理论极限效率ηmax=3117% (AM15，100mW/cm2，040—110μm波段).     

不同环境下硫化镉/铜基薄膜异质结退火对太阳电池性能调控

高效铜基薄膜太阳电池通常采用无机n型半导体材料CdS作为缓冲层,因此,缓冲层与吸收层之间的界面质量和能带匹配对载流子的收集利用至关重要.在优化CdS基础工艺的基础上,在含硫气氛下对硫化镉/铜基薄膜异质结进行退火的策略进一步提高CdS薄膜质量,并将其应用到铜基太阳电池,调控铜基薄膜电池p-n异质结能带匹配.研究表明, CdS薄膜在含硫的惰性气氛中退火可以有效提高CdS薄膜的结晶质量并抑制CZTS/CdS异质结界面的非辐射复合,器件的开路电压得到大幅提升,最高可达718 mV.在器件效率方面,基于溅射法的CZTS太阳电池效率从3.47%提升到5.68%,约为不退火处理的2倍.该研究为铜基薄膜太阳电池器件实现高开路电压提供了可靠的工艺窗口.同时,有力地说明了退火气氛选择对于CdS质量以及CZTS/CdS异质结能带匹配的重要性,除了界面互扩散以外,对薄膜材料组分及其结晶性等均实现了调控.     

硅锗量子阱结构在硅异质结太阳电池中应用的数值模拟

利用半导体工艺和器件仿真软件silvaco TCAD(Technology Computer Aided Design),模拟研究了采用硅/硅锗合金(silicon/silicon germanium alloy,Si/Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构作为吸收层的薄膜晶体硅异质结太阳电池各项性能.模拟结果显示,长波波段光学吸收随锗含量的增加而增加,而开路电压则因Si_(1-x)Ge_x)层带隙的降低而下降.锗含量为0.25时,短路电流密度的增加补偿了开路电压的衰减,效率提升0.2%.氢化非晶硅/晶体硅(a-Si:H/c-Si)界面空穴密度以及Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体空穴载流子浓度制约着空穴费米能级的位置,进而影响到开路电压的大小.随着锗含量增加,a-Si:H/c-Si界面缺陷对开压的影响降低,Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体缺陷对开压的影响则相应增加.高效率含Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构的硅异质结太阳电池的制备需要a-Si:H/c-Si界面缺陷的良好钝化以及高质量Si_(1-x)Ge_x)量子阱的生长.     

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×10~6/cm~2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25℃测试条件下,面积24 cm~2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×10~(15)/cm~2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.     

Surface and interface properties of epitaxial Fe3O4 films studied by Mössbauer spectroscopy

Stoichiometric Fe₃O₄ films have formed epitaxially on -Al₂O₃ and MgO single-crystal substrates by a reactive vapor deposition method. In order to apply conversion electron Mössbauer spectroscopy depth-selectively, a 5–7 Åthick probe layer containing ⁵⁷Fe was formed at various depths in inactive ⁵⁶Fe₃O₄ matrix films. At the topmost surfaces and also at the interfaces, the essential electronic features of bulk Fe₃O₄ are retained, including a rapid electron hopping between the Fe²⁺ and Fe³⁺ ions at B sites. Minor depth-dependent changes are confined to a few outermost atomic layers, and the changes depend on the orientation and the lattice mismatch with the substrate. For (111) growth on -Al₂O₃, the surface layer seems to be strongly relaxed to reduced the electric polarization, while a high density of defects seems to be concentrated at the interface with -Al₂O₃. For (001) growth on MgO, the surface retains the spinel lattice though slightly oxidized, while the interface with MgO has good crystallinity and stoichiometry. An enhanced thermal fluctuation of the Fe³⁺-spins in contact with the MgO substrate and in the topmost surface layer can be seen in their reduced magnetic hyperfine field at 300 K.     

单靶溅射制备铜锌锡硫薄膜及原位退火研究

采用衬底加热溅射铜锌锡硫(CZTS)四元化合物单靶制备CZTS薄膜,并研究原位退火对制备薄膜的影响.结果表明:在溅射结束后快速升温并保持一段时间,所得到的样品相比于未原位退火的CZTS薄膜结晶质量更好,且表面更平整致密;原位退火后的CZTS薄膜太阳电池性能参数也相应地有所提升,其开路电压(V_(OC))为575 mV,短路电流密度(J_(SC))为8.32 mA/cm~2,光电转换效率达到1.82%.     

部分阳离子取代优化铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能研究进展

作为无机化合物薄膜太阳能电池中具有代表性的一类电池,铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4,简称CZTSSe)薄膜太阳能电池因其组成元素地壳含量丰富、低毒等优点受到广泛关注.目前,吸收层的高缺陷密度和器件的低开路电压被认为是限制该类电池效率的两个关键因素.为了突破这两大困境,科研人员发展了阳离子取代方法,即通过引入其...     

用于GaAs太阳能电池的NaYF4中Tb3+-Er3+耦合对的光谱转换

观测到一种以Tb³⁺-Er³⁺进行光谱转换的量子剪裁现象。一个高能紫外光子(Tb³⁺的⁷F₆→⁵L₁)被量子剪裁成两个低能光子:一个是近红外光子(Er³⁺的⁴I_9/2→⁴I_15/2),另一个是蓝色光子(Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₆),它们两个 都可以被GaAs太阳能电池有效地吸收。量子剪裁效率高达188%,接近理论极限的200%。从Tb³⁺(⁵L₁→ ⁵D₄) 到Er³⁺(⁴I_15/2→⁴I_9/2)的能量传递的能量失配是237 cm^-1,比NaYF₄中的声子能400 cm^-1小,能量传递是近共振的。Tb³⁺施主间的能量迁移可以近似地用扩散模型处理, 从Tb³⁺-Er³⁺对之间能量传递的初始过程发现,偶极-偶极相互作用占主导地位。     

透射式GaAs光电阴极AlGaAs/GaAs外延层MOCVD过程中应变结构形成的研究

本文介绍了AlGaAs/GaAs外延层生长的应变状况的生长温度控制模型,并根据AlGaAs/GaAs外延层X射线衍射摇摆曲线的分析从实验上验证了AlGaAs/GaAs外延生长的应变状况的生长温度控制模型.     

First principles simulation of a ceramic /Metal interface with misfit

The relaxed atomic structure of a model ceramic/metal interface, 222MgO/Cu, is simulated, including lattice constant mismatch, using first principles local-density functional theory plane wave pseudopotential methods. The 399-atom computational unit cell contains 36 O and 49 Cu atoms per layer in accordance with the 7/6 ratio of MgO to Cu lattice constants. The atomic layers on both sides of the interface warp to optimize the local bonding. The interface adhesive energy is calculated. The interface electronic structure is found to vary appreciably with the local environment.     

The window layers effect on the hardness improvement of space solar cells exposed to the 1 MeV electron irradiations

Because of their state of art technology, GaAs solar cells are generally preferred for spatial applications. Exposure to proton and electron irradiations, solar cells suffer significant degradation in their performance such as short circuit current and open circuit voltage. Adding a window layer helps in effectively reducing the surface recombination at the emitter surface of the solar cell without absorbing the useful light required for the device. It remains to study the physics of the window-emitter hetero-interface in order to understand how the window layer presence increases the minority carrier lifetime of the solar cell exposed to particles irradiation. In this work Numerical simulation has been used to study the AlxGa1-xAs window composition effect on the current–voltage characteristics of a GaAs solar cell under AM0 illumination and exposed to 1 MeV electron irradiation. To predict the effect of window layers on solar cells degradation, the current voltage characteristic are evaluated for different electron irradiation fluences. The findings are supported by experimental data. They lead us to get to know how the window layer improves resistance to electron irradiation through its own parameters.