ZnO(n)/ZnSe(i)/c-Si(p)异质结太阳电池的模拟研究

近年来,HIT(heterojunction with intrinsic thin-layer)结构太阳能电池由于具有转化效率高和可低温生产等优点获得了广泛的关注,但是转化原材料成本高、生产技术条件苛刻和缺陷态控制等问题制约了其进一步的发展。本文采用AFORS-HET软件模拟了ZnO(n)/ZnSe(i)/c-Si(p)异质结太阳电池结构吸收层掺杂浓度、缺陷密度和界面缺陷态密度等参数对该结构短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率的影响。优化后的结果显示,当吸收层掺杂浓度为1×10²¹ cm^-3,ZnO层和c-Si层缺陷密度小于10¹⁷ cm^-3时,ZnSe/c-Si界面缺陷密度小于10²⁵ cm^-3时,该结构太阳能电池光电转换效率可达24.29%。     

单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池数值模拟

单层二硫化钼(MoS₂)是一种具有优异光电性能的半导体材料,在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件,对单层n型MoS₂/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化,n型MoS₂的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3,p型c-Si的掺杂浓度为10¹⁷ cm^-3时,太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS₂/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响,发现界面态密度超过10¹¹ cm^-2·eV^-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。     

超薄异质结太阳能电池理论模拟计算及分析

采用AFORS-HET软件对超薄异质结太阳能电池的窗口层、本征层的掺杂浓度、厚度、带隙等参数进行了数值模拟和优化,结合实际具体分析了每个参数对超薄异质结电池性能的影响规律,且得出了最佳的优化参数。模拟结果表明:对于衬底厚度仅为80 μm的超薄异质结太阳能电池,随着窗口层厚度的增加,电池性能整体呈现下降的趋势,通过结合实际,得出窗口层的最佳厚度范围是5～9 nm;随着窗口层掺杂浓度的增加,电池性能整体呈现先增加后趋于恒定的趋势,窗口层理论上的最佳掺杂浓度范围为7×10¹⁹～8×10¹⁹;窗口层的带隙宽度对电池的开路电压和效率影响较大,对填充因子和短路电流有较小的影响,窗口层的最优带隙范围为1.85～2.0 eV。随着本征层厚度的增加,电池的填充因子FF和效率E_ff呈现先增加后减小的趋势,短路电流逐渐减小,而开路电压基本不变,本征层的最佳厚度是5～10 nm;当本征层的光学带隙小于1.8 eV时,对电池性能影响较小,当大于1.8 eV,电池性能急剧下降,因此本征层的最佳带隙范围是1.6～1.8 eV。     

铅基卤化物钙钛矿太阳电池的模拟研究

多元硫化物Cd_0.5Zn_0.5S和氧化亚铜Cu₂O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu₂O和Cd_0.5Zn_0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明:当光吸收层(CH₃NH₃PbI₃)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm;当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×10¹⁴ cm^-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小;此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为:开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm²,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu₂O/CH₃ NH₃PbI₃/Cd_0.5Zn_0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。     

二维MoS2/WSe2异质结的光电性能研究

近年来基于二维半导体过渡金属硫族化合物如MoS₂的光电晶体管被广泛研究。虽然基于单层MoS₂的光电探测器表现出较高的响应度,但是其较低的载流子迁移率也限制了响应时间,约在秒量级。二维半导体的相互堆垛可以形成具有低缺陷态且空间均匀的范德华异质结构,是提高二维光电探测器性能的有效途径。基于此本文通过机械剥离转移法构筑MoS₂/WSe₂垂直pn异质结,其较强的空间电荷区能有效地分离光生载流子,所以在自驱动状态下仍具有较好的光电探测能力,光响应度和探测率分别达到2.12×10³ A/W和2.33×10¹¹ Jones,同时极大地缩短了响应时间,响应时间达到40 ms。这种二维异质结器件制备方法简易,性能优异,在光电子领域具有广阔的应用前景。     

n-In0.35Ga0.65N/p-Si异质结的制备及其电学性能研究

采用双光路双靶材脉冲激光沉积(PLD)系统在p-Si衬底上外延生长InGaN薄膜,研究了InGaN薄膜的显微组织结构和n-InGaN/p-Si异质结的电学性能。研究表明,InGaN薄膜为单晶结构,沿[0001]方向择优生长,薄膜表面光滑致密,In的原子含量为35%。霍尔(Hall)效应测试表明In_0.35Ga_0.65N薄膜呈n型半导体特性,具有高的载流子浓度和迁移率及低的电阻率。I-V曲线分析表明In_0.35Ga_0.65N/p-Si异质结具有良好的整流特性,在±4 V时的整流比为25,开路电压为1.32 V。In_0.35Ga_0.65N/p-Si异质结中存在热辅助载流子隧穿和复合隧穿两种电流传输机制。经拟合,得到异质结的反向饱和电流为1.05×10^-8 A,势垒高度为0.86 eV,理想因子为6.87。     

13N超高纯锗单晶的制备与性能研究

13N超高纯锗单晶是制作超高纯锗探测器的核心材料。本文通过还原法获得还原锗锭,再由水平区熔法提纯获得12N高纯锗多晶,最后由直拉法生长得到13N超高纯锗单晶。通过低温霍尔测试、位错密度检测、深能级瞬态谱(DLTS)测试对13N超高纯锗单晶性能进行分析。低温霍尔测试结果显示,晶体头部截面平均迁移率为4.515×10⁴ cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度为1.176×10¹⁰ cm^-3,导电类型为p型,位错密度为2 256 cm^-2;尾部截面平均迁移率为4.620×10⁴ cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度为1.007×10¹⁰ cm^-3,导电类型为p型,位错密度为2 589 cm^-2。晶体深能级杂质浓度为1.843×10⁹ cm^-3。以上结果...     

昆明物理研究所分子束外延碲镉汞薄膜技术进展

碲镉汞(MCT)自从问世以来一直是高端红外(IR)探测器领域的首选材料,分子束外延碲镉汞技术具有低成本异质外延、材料能带精准调控、原位成结等优势,是第三代红外焦平面陈列(FPA)器件研制的重要手段。本文报道了昆明物理研究所分子束外延(MBE)MCT薄膜技术进展,包括材料结构、晶体质量、表面缺陷、材料均匀性、掺杂浓度等参数优化控制的研究结果。异质衬底、碲锌镉衬底上MCT薄膜尺寸分别为4英寸(10.16 cm)及2.5 cm×2.5 cm,材料EPD值分别在1×10⁶ cm^-2附近及(3~30)×10⁴ cm^-2范围,表面宏观缺陷密度分别在30 cm^-2附近及100~300 cm^-2范围,薄膜质量与国内外先进水平相当。采用分子束外延MCT薄膜实现了2 048×2 048中波红外(MWIR)、2 048×2 048短波甚高分辨率红外(SWIR)焦平面、640×512中短双色红外(S-MWIR)、320×256中中双色红外(M-MWIR)FPA探测器的研制和验证。     

高效背结异质结太阳电池硼掺杂非晶硅发射极研究

晶硅/非晶硅异质结(HJT)太阳电池由于具有高开压、高转换效率和低温度系数等优点而备受关注，其中硼掺杂p型非晶硅(p-a-Si∶H)发射极是高转换效率电池中不可忽视的重要部分，改变其硼掺杂浓度，可以调节p-layer薄膜的电学特性，从而直接影响电池转换效率。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备制备HJT太阳电池，通过改变B₂H₆的掺杂浓度，对电池中p-a-Si∶H层进行优化，使HJT电池获得0.75%的相对效率提升。进一步地，将发射极设置为梯度掺杂的双层结构，经过优化，少子寿命(@Δn=5×10¹⁵ cm^-3)和隐开路电压(@1-Sun)分别提升400μs和3 mV,最终具有梯度掺杂发射极的电池其平均效率相对提升2.03%,主要表现为FF和V_oc的明显增加，实现了高效HJT电池p型发射极的工艺优化。     

8英寸氟化钙单晶生长

氟化钙(CaF₂)晶体是一种性能优良的光学晶体材料。本研究用坩埚下降法生长了8英寸(20.32 cm)氟化钙单晶,晶体外观完整,无开裂及散射等宏观缺陷。定向切割后得到ϕ40 mm×6 mm的透明圆柱形晶体毛坯,对毛坯样品进行二次退火处理后进行研磨抛光得到最终样品。对该系列样品进行紫外可见透过率、光学均匀性、应力双折射等测试。结果显示在200 nm波长处晶体透过率达到90%,平均应力双折射小于0.5 nm/cm,光学均匀性达到2.63×10^-6。     

The electrical, optical and crystalline properties of GaAs: C grown by GSMBE using TMG and AsH3 for application to HBTs

We report the results of a comprehensive study on the electrical, optical and crystalline properties of heavily carbon doped p-type (100) GaAs epilayers (p = 6.3 × 10¹⁸−1.3 × 10²⁰ cm^-3; THICKNESS = 250−420 nm) grown by gas source molecular beam epitaxy using trimethylgallium and arsine. X-ray analysis showed epilayer lattice contraction with a mismatch of δa/a = -1.8 × 10^-3 at p = 1.3 × 10²⁰ cm^-3. Room temperature photoluminescence peak energy shifted from 1.40 eV (p = 6.3 × 10¹⁸ cm^-3) to 1.37 eV (p = 1.3 × 10²⁰ cm^-3). Stokes Raman spectra showed two modes assigned as the unscreened LO phonon (292 cm^-1) and the low frequency branch of the coupled hole-plasmon-LO-phonon (266 cm^-1). Conservation of Raman scattering rules under all incident light configurations showed that the (100) GaAs:C epilayers were of high crystalline quality without the presence of faceting or other such crystalline defects. Annealing at 900°C for between 30 s to 45 min, resulted in a significant reduction in the hole concentration, lattice contraction and photoluminescence intensity for all epilayers. The implications of these results for the development of GaAs/AlGaAs HBTs are discussed.     

超薄多晶硅的掺杂、钝化及光伏特性研究

本文对70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺、钝化性能及光伏特性进行了研究。确定了70 nm超薄多晶硅的掺杂工艺,研究表明当离子注入剂量为3.2×10¹⁵ cm^-3,在855 ℃退火20 min时,70 nm超薄多晶硅的钝化性能可以达到与常规120 nm多晶硅相当的水平,且70 nm多晶硅的表面掺杂浓度达到5.6×10²⁰ atoms/cm³,远高于120 nm掺杂多晶硅的表面掺杂浓度(2.5×10²⁰ atoms/cm³)。基于70 nm超薄多晶硅厚度减薄和高表面浓度掺杂的特点,较低的寄生吸收和强场钝化效应使得在大尺寸(6英寸)直拉单晶硅片上加工的N型TOPCon太阳能电池的光电转换效率得到明显提升,主要电性能参数表现为:电流I_sc升高20 mA,串联电阻R_s降低,填充因子FF增加0.3%,光电转换效率升高0.13%。     

CBE growth of high-quality AlGaAs/GaAs heterostructures for HEMT applications

AlGaAs/GaAs heterostructures were grown by chemical beam epitaxy using triethylgallium, triisobutylaluminium and pure arsine in flow control mode with hydrogen as carrier gas. For substrate temperatures of 580°C and V/III ratios of 10, high quality AlGaAs layers are obtained; heterostructures show abrupt and smooth interfaces. Modulation doping with silicon evaporated from a conventional effusion cell gives two-dimensional electron gases with carrier densities up to 1×10¹² cm^-2. Mobilities of 70000 cm²/V·s are obtained at 77 K for carrier densities of 4×10¹¹ cm^-2. The lateral homogeneity of the heterostructures in layer thickness, composition and doping level is excellent. Perfect morphology with defect densities of about 100 cm^-2 is observed. High electron mobility transistors (gate length 0.3 nm) fabricated from quantum well structures show a transconductance of about 380 mS/mm.     

Heavily carbon-doped p-type InGaAs by MOMBE

Carbon-doped In_xGa_1−xAs layers (x=0−0.96) were grown by metalorganic molecular beam epitaxy (MOMBE) using trimethylgallium (TMG), solid arsenic (As₄) and solid indium (In) as sources of Ga, As and In, respectively. The carrier concentration is strongly affected by growth temperature and indium beam flux. Heavy p-type doping is obtained for smaller In compositions. The hole concentration decreases with the indium composition from 0 to 0.8, and then the conductivity type changes from p to n at x=0.8. Hole concentrations of 1.0×10¹⁹ and 1.2×10¹⁸ cm^-3 are obtained for x=0.3 and 0.54, respectively. These values are significantly higher than those reported on carbon-doped In_xGa_1−xAs by MBE. Preliminary results on carbon-doped GaAs/In_xGa_1−xAs strained layer superlattices are also discussed.     

Growth, morphological and structural characterization of Pb1−xSnxTe single crystals

Pb_1−xSn_xTe single crystals have been grown by a vertical Bridgman method. They have typical Hall mobilities and carrier concentration values of 10³ cm²/V · s and 10¹⁸ cm^-3, respectively, and change from p- to n-type as the Sn content increases. The ingots were single crystal with a subgrain structure that has a misorientation no higher than 2′. The segregation of Sn has been determined and it suggests that there is a convective flow in the liquid.