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     

晶格失配对GaInP/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装三结太阳电池性能影响的分析

传统GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池因受其带隙组合的限制,转换效率再提升空间不大.倒装结构三结太阳电池因其更优的带隙组合期望可以得到更高的效率.基于细致平衡原理,结合P-N结形成机理,应用MATLAB语言对双晶格失配GaInP(1.90 eV)/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装结构三结太阳电池底、中电池的不同带隙组合进行模拟优化.模拟结果表明在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,禁带宽度组合为1.90/1.38/0.94 eV的带隙最优,综合材料成本与试验条件,当顶、中电池最优厚度组合为4μm和3.2μm时理论转化效率高达51.22%,此时两个异质结的晶格失配度分别为0.17%和2.36%.忽略渐变缓冲层生长后底电池位错的影响,通过计算0.17%的晶格失配引入1.70×105cm~(-2)的插入位错密度,对比单晶格失配GaInP/GaAs/In_(0.32)Ga_(0.68)As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池光电转化效率仍提高了0.3%.     

晶格小失配InGaAsP材料特性及太阳电池应用

Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分,以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段,四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性,是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究,通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明,在一定程度负失配生长条件下,InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中,一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升,制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV,从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。     

1 MeV电子辐照下晶格匹配与晶格失配GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池辐射效应研究

对采用MOCVD方法制备的晶格匹配(LM)与晶格失配(UMM)GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池进行了1MeV电子辐射效应研究。结果表明:在电子辐照下,两种电池的I-V特性参数(开路电压Voc,短路电流Isc,最大输出功率Pmax)均发生衰降,且晶格失配电池的I-V特性参数衰降均大于晶格匹配电池。在光谱响应方面,对于顶电池,晶格匹配电池的衰降大于晶格失配电池;而中间电池则前者衰降小于后者;另外,Ge底电池的光谱响应表现特殊,辐照后光谱响应变强。     

晶体相场法研究衬底小倾角对界面形态演化的影响

采用晶体相场模型模拟了异质外延过程中不同衬底倾角时外延层的生长过程,研究了较大晶格错配度(??10.0)时不同衬底倾角下外延层的生长形貌和界面平均厚度,分析了晶格失配和衬底倾角对外延层的影响。研究表明,在错配度较大时,随着衬底倾角的增大,外延层由层状生长(0°与1°)转变为岛状生长(2°)。     

在6H-SiC衬底上用低压MOVPE法生长AlN和GaN的过程中用(AlN/GaN)多层缓冲层来控制残余应力

人们已提出用BAlGaN四元系材料制备紫外光谱区的光发射器件.GaN和AlN二元系是这种四元材料在器件应用中的基础材料.6H-SiC衬底在氮化物生长中因其晶格失配小是一大优势,而且SiC衬底的热膨胀系数也和AlN的很接近.然而,对于AlN外延层来说,需要控制其中的残余应力,因为在SiC衬底上直接生长的AlN外延层中存在着因晶格失配所产生的压缩应力.另一方面,在SiC衬底上直接生长的GaN外延层中存在着拉伸应力.这种拉伸应力起源于GaN比衬底有着更大的热膨胀系数.本文讨论了在6H-SiC衬底上生长的氮化物外延层中残余应力的类型、数量及控制.为此目的,提出了在6H-SiC衬底上,无论是生长AlN,还是生长GaN,都可以采用(GaN/AlN)多层缓冲层的办法,作为控制残余应力的有效方法.我们还讨论了AlN和GaN外延层的结晶质量和残余应力间的关系.     

Ⅲ-Ⅴ化合物的范德华外延生长与应用

Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系带隙涵盖范围广、载流子迁移率高,非常适宜用来制备发光二极管、激光器、高电子迁移率晶体管等光电子器件。在异质衬底上进行Ⅲ-Ⅴ化合物的共价外延时,只有外延层与衬底层间的晶格失配度较小时才能获得高质量外延层,而范德华外延已被证实可以有效放宽外延层与衬底层间晶格失配与热失配要求,有利于外延层的应力释放与质量提高,同时也易于外延层从衬底上剥离转移,为制备Ⅲ-Ⅴ化合物基新型光电子器件提供了便利。本文对二维(2D)材料、Ⅲ-Ⅴ化合物在石墨烯上的范德华外延过程以及使用范德华外延制备的Ⅲ-N基光电子器件的各项研究进行了讨论分析,并对其前景进行了展望。     

MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法InP衬底上成功地制备了GaxIn1-xAsyP1-y/InP交替生长的分布布喇格反射镜(DBR)结构以及与之相关的四元合金GaxIn1-xAsyP1-y和InP外延层。利用X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、低温光致发光(PL)光谱等测量手段对材料的物理特性进行了表征。结果表明,在InP衬底上生长的InP外延层和四元合金GaxIn1-xAsyP1-y外延层77K光致发光(PL)谱线半峰全宽(FWHM)分别为9.3meV和32meV,说明形成DBRs结构的交替层均具有良好的光学质量。X射线衍射测量结果表明,四元合金GaxIn1-xAsyP1-y外延层与InP衬底之间的相对晶格失配仅为1×10-3。GaxIn1-xAsyP1-y/InP交替生长的DBR结构每层膜的光学厚度约为λ/4n(λ=1.55/μm)。根据多层膜增反原理计算得出当膜的周期数为23时,反射率可达90％。     

p型Ga0.47In0.53AS接触层的生长

用过冷法在632-630℃生长了掺Zn的p型Ga0.47In0.53As接触层.研究了液相中Ga组分和Zn组分对GaxIn1-xAs/InP异质结晶格失配的影响,用一次外延技术生长了GaxIn1-xAs作接触层的GaInAsP/InP双异质结.     

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.     

ZnO外延膜与蓝宝石衬底的取向偏差及其弯曲变形

采用常压MOCVD方法在Al2O3(00．1)衬底上生长出了高质量ZnO单晶薄膜。由ZnO(00．2)面和Al2O3(00．6)面及ZnO(10．2)面和Al2O3(11．6)面X射线双晶(w／2θ衍射曲线的相对峰位,得到ZnO外延膜的晶格常数及外延层和衬底间的取向差异角。结果表明外延层和衬底在应力作用下产生了取向差和晶格畸变,并且取向倾斜方向与衬底的切割倾角方向一致;高温直接生长的样品的取向差比有低温缓冲层样品更大,晶格畸变也更严重。高温直接生长的样品弯曲半径小而应力更大;实验测量的应力值和理论计算的热应力值之间存在差异,原因主要是晶格失配应力的存在。有缓冲层的样品由于能更好地弛豫晶格失配引入的应力,热应力所占整个残余应力的比例相对更大。     

2～4μm波长的InAsPSb异质结激光管材料的液相外延

采用液相外延方法,生长出外延层与衬底之间的失配度△α/α≤1.6×10-3界面平直、组分恒定的InAsPSb/InAs外延晶体.单异质结外延层,得到了3.09μm波长的激光输出,双异质结外延片也得到了较好的伏-安特性曲线.     

光电子技术与器件 光能转换与器件

TM914．4 2006065287用于GalnP/GaAs双结叠层太阳电池的MOVPE外延材料=Wafers for GalnP/GaAs tandem solar cells bv MOVPE [刊,中]/黄子乾(南京大学物理系．江苏,南京(210016)),李肖…//太阳能学报．—2006,27(5)．—433-435采用金属有机化合物汽相淀积(MOVPE)技术生长用于GalnP/GaAs双结叠层太阳电池的外延材料。针对材料生长中的隧穿结、p-AIInP层等关键问题,通过对掺杂剂、生长技术及条件的调整与改进,极大地提高了GalnP/     

在(100)GaAs衬底上低温液相外延晶格匹配的In1-xGaxAs1-yPy层及其特性研究

介绍一种低温液相外延技术,可在650℃在GaAs衬底上生长晶格匹配和组份可重复的In1-xGaxAs1-yPy层。给出对外延层进行场发射扫描电镜观察、电子探针、X光双晶衍射、俄歇电子谱和光荧光测量得到的结果。结果表明外延层具有平坦的异质结界面和良好的晶体特性。同时研究了异质结界面的粗糙度和组份梯度变化区域的宽度和晶格失配率的关系。     

硅基混合集成技术的研究进展

硅基光电子集成技术(PICs)为高速宽带光互连和光通信的发展提供了一种低成本的有效方案,受到人们的高度重视.目前将III-V族和锗等半导体化合物集成到硅衬底的方法主要分为两类:异质结外延生长和异质材料的键合.低温下晶片键合的方法克服了异质结外延生长中的生长温度高、晶格失配和材料热膨胀系数非共容性的缺点,为大规模的异质(不同半导体材料)集成提供了可能.文章综述了近几年来一些常用的键合方法,并对低温键合方法的发展动向做了展望.     

硅基混合集成技术的研究进展

硅基光电子集成技术(PICs)为高速宽带光互连和光通信的发展提供了一种低成本的有效方案,受到人们的高度重视.目前将III-V族和锗等半导体化合物集成到硅衬底的方法主要分为两类：异质结外延生长和异质材料的键合.低温下晶片键合的方法克服了异质结外延生长中的生长温度高、晶格失配和材料热膨胀系数非共容性的缺点,为大规模的异质（不同半导体材料）集成提供了可能.文章综述了近几年来一些常用的键合方法,并对低温键合方法的发展动向做了展望.     

生长速率对低压MOCVD外延生长GaAs/Ge异质结的影响

采用自制的液相金属氧化物化学汽相沉积(LP-MOCVD)设备,在Ge(100)向(110)面偏9°外延生长出GaAs单晶外延层,对电池材料进行了X射线衍射测试分析,半峰宽为52″.讨论了外延生长参量对GaAs/Ge的影响,表明抑制反向畴不仅与过渡层有关,而且与GaAs单晶外延生长参量有关.适当的生长速率可有效地抑制反向畴的生长.     

GaSb衬底上外延InAsxSb1-x材料的LP-MOCVD研究

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP-MOCVD设备, 在(100)面GaSb单晶衬底上外延生长了InAsSb材料.用X射线双晶衍射、光学显微镜和扫描电镜、电子探针能谱仪等对材料特性进行了表征，分析研究了生长温度、Ⅴ/Ⅲ比、过渡层等对外延层的影响.并且获得了与GaSb衬底晶格失配度较低的表面光亮的晶体质量较好的InAsSb外延层.     

在Pd/Cu(100)表面上外延的超薄Co膜的结构和磁性

利用脉冲激光溅射(PLD)和分子束外延(MBE)方法制备了超薄膜系统 Co/Pd/Cu(100).脉冲激 光溅射生长的单原子Pd层呈现了很好的二维生长模式.在这个Pd表面上，分子束外延生长的C o层直至12个原子层都表现了层-层生长模式.利用俄歇电子谱(AES)和低能电子衍射(LEED)研 究了该系统的表面结构.利用低温磁光克效应(MOKE)研究了系统的磁学性质.结构研究表明， Co层由于面内晶格失配应力而具有一个四方正交结构；与对比样品Co/Cu(100)的比较研究说 明Pd层的存在强烈地改善了Co膜的起始生长模式和结构.磁光克效应测量表明，Pd层的存在 改变了Co层的磁学性质. 关键词： 薄膜的磁性质 组织与形貌 界面磁性     

新一代太阳电池概述

文章对新一代太阳电池的基本概念、研究现状和研究目标进行了详细的介绍.从"充分吸收光能,减少能量转换损失"的角度,分析了新一代太阳电池的结构设计特征.以纳米技术与叠层电池结构为基础,就高能光子的利用,介绍了宽带隙吸收层窗口电池、量子点热载流子电池和多重激子激发(MEG)的量子点电池;为解决低能光子损失,介绍了窄带隙光伏材料和中间带光伏器件包括量子点中间带和高失配构建的中间带电池;探讨了利用光-光转换的模式,对上转换和下转换的电池体系以及可能的极限效率进行了阐述.