1 中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 上海空间电源研究所,空间电源技术国家重点实验室,上海 200245
3 中国科学院大学,北京 100049
现有1.0 eV/0.75 eV InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压小于各子电池的开路电压之和,鲜有研究探索开路电压损耗的来源以及如何抑制。通过研究发现,InGaAs底电池背场/基区界面处的少数载流子输运的主要机制是热离子发射,而不是缺陷诱导复合。SIMS测试表明,采用InP或InAlAs背场均不能有效抑制Zn掺杂剂的扩散。此外,由于生长过程中持续的高温热处理,III-V族主元素在界面处发生了热扩散。为了抑制上述现象,提出了一种新型InP/InAlAs超晶格背场,并应用到InGaAs底电池中。制备得到的双结太阳电池在维持短路电流密度不变的情况下,开路电压提升到997.5 mV,与传统采用InP背场的双结太阳电池相比,开路电压损耗降低了30 mV。该研究成果对提升四结太阳电池的整体开路电压有重要意义。
背场 InGaAsP/InGaAs双结电池 开路电压 超晶格 Back-surface field InGaAsP/InGaAs dual-junction open-circuit voltage superlattice
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200048
2 上海空间电源研究所, 上海 200245
3 中国科学院大学, 北京 100049
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。
晶格失配 太阳电池 lattice-mismatch InGaAsP InGaAsP MOCVD MOCVD solar cell
1 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
在传统pn结红外探测器中,宽带隙阻挡层的引入可以有效降低器件暗电流。采用COMSOL软件对探测器的能带图进行仿真,结果表明,InAsSbP四元合金通过n型或p型掺杂,其能带结构能够实现价带能级的下凹或导带能级的上凸,起到阻挡空穴或电子的作用。通过理论分析和仿真计算,确定了满足阻挡层要求的InAsSbP组分。对于nBip型和pBin型红外探测器,仿真得到了阻挡层的最优厚度和最优掺杂浓度(粒子数浓度),并分析了其偏离最优值时对器件暗电流的影响。对于nBip型探测器,当阻挡层厚度为40 nm、掺杂浓度为2×10
18 cm
-3时,器件开关比最大;对于pBin型探测器,当阻挡层厚度为60 nm、掺杂浓度为4×10
17 cm
-3时,器件的开关比最大。
探测器 暗电流 阻挡层 能带图