本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术在p型4H-SiC衬底上, 制备出沿(403)择优生长的β-Ga2O3薄膜。结果表明, 衬底生长温度对β-Ga2O3薄膜的形貌、结构、组分, 以及生长机理都有重要影响。当生长温度由300 ℃升高至500 ℃时, 薄膜结晶质量随生长温度升高而提高, 当温度进一步升高到600 ℃时, 薄膜结晶质量变差, 这是由于在相对低温(500 ℃以下)阶段, 生长温度越高, 沉积在衬底上原子的动能越大, 越容易迁移, 使得β-Ga2O3薄膜主要按照二维生长模式进行生长, 薄膜结晶质量提高, 表现为随着生长温度升高, 粗糙度降低。但当温度上升到600 ℃时, 由于4H-SiC衬底和β-Ga2O3薄膜之间的热膨胀系数存在差异, 导致薄膜生长由主要以二维生长模式向三维岛状演变。基于p-4H-SiC/n-β-Ga2O3构筑的异质结太阳电池, 其标准测试条件下光电转换效率达到3.43%。

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料, 其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近, 并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>104 cm-1), 因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS2/SnS异质结太阳能电池, 主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现: SnS吸收层最佳厚度为2 μm, 最佳掺杂浓度为1.0×1015 cm-3; 同时高斯缺陷态浓度超过1.0×1015 cm-3时, 电池各项性能参数随着浓度的增加而减小, 而带尾缺陷态超过1.0×1019 cm-3·eV-1时, 电池性能才开始下降; 其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重, 界面缺陷态浓度超过1.0×1012 cm-2时, 开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外, 通过模拟获得的转换效率高达24.87%, 开路电压为0.88 V, 短路电流为33.4 mA/cm2。由此可知, MoS2/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。

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Eff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。

设计了单层 MoS2(n)/a-Si(i)/c-Si(p)/μc-Si(p+) 异质结太阳能电池结构, 采用AFORS-HET模拟软件模拟了背场层的带隙、掺杂浓度和缺陷密度等参 数对开路电压、短路电流、填充因子和转化效率的影响。结果显示, 背场层带隙在 1.5~1.7 eV 之间, 背场层的掺杂浓度大于 1×1018 cm-3 时, 该结构的太 阳能电池有比较稳定的表现。缺陷密度增加时, 太阳能电池效率随着缺陷密度的对数线性减小, 当控制缺陷密度在1011 cm-3以下时, 可以获得大于24.10%的 转化效率, 缺陷密度为 109 cm-3时, 可以获得最高29.08%的转换效率。最后研究了背场层对该结构太阳能电池的作用, 结果显示有效控制缺陷密度时, 背场 层的添加对电池效率的提升很明显。

采用Afors-het太阳能电池异质结模拟软件, 模拟了不同工作温度下, 微晶硅窗口层对μc-si(p)/c-si(n)/μc-si(p+)异质结太阳能电池性能的影响, 结果表明: 随着微晶硅窗口层帯隙的增加, 转化效率先增加后下降、开路电压不断增加; 掺杂浓度的增加, 电池性能整体呈现先上升后小幅下降的趋势; 厚度的增加, 电池的性能整体上呈现下降的趋势。随着工作温度的增加, 微晶硅窗口层对应的最佳厚度和掺杂浓度值都有明显的减小趋势; 但其对应的最佳帯隙有明显的增加的趋势。该实验结果为在不同温度下工作的电池提供了商业化生产的实验参数。

通过化学溶液体系中反应温度与原料配比的控制合成了第一吸收峰在833～1700 nm范围内可调的PbS量子点.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM) 、吸收光谱等手段研究了化学溶液法制备的PbS量子点形貌、尺寸分布以及近红外吸收等特性.所获得的量子点尺寸分布均匀, 直径在2.6 ～7.0 nm范围内可调.基于PbS量子点的红外吸收特性, 通过表面修饰方法在原子层沉积技术(ALD)生长的TiO2薄膜上构筑了FTO/TiO2/PbS/Au光伏器件结构, 并初步研究了光电流与量子点特征吸收的关系等光电转换特性.

采用Afors-het太阳能电池异质结模拟软件，模拟了在不同工作温度下微晶硅背场对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能的影响。 结果表明，随着背场带隙的增加，开路电压和转化效率都增大。随着背场掺杂浓度的增加，开路电压、填充因子和转化效率都在不断 地增加；随着背场厚度的增加，电池性能有所下降。随着电池工作温度的上升，微晶硅背场所对应的最佳浓度掺杂值和最佳厚度值变 化不大。但是随着温度的上升，微晶硅背场所对应的最佳带隙值有明显的右移趋势。实验结果为电池的商业化生产提供了实验参数。

采用基于传输矩阵法的光学模型模拟活性层为P3HTPCBM的太阳能电池，研究了器件结构以及活性层厚度对其光学性能的影响，并分析了相关原因。研究结果表明短路电流密度随活性层厚度增加而增大，倒置结构器件性能优于正置结构器件。由于光的干涉作用，结构不同的器件中光电场强度呈现不同的分布，对于器件性能有很大的影响。通过计算得出了两种结构中短路电流密度随活性层厚度的变化规律，优化了器件的结构。计算结果表明当器件为倒置结构，且活性层厚度为225 nm时，器件性能最优，此时短路电流密度为15.5 mA/cm2，效率为5.77%。

体异质结太阳电池因其高效率特点受到了研究者的极大关注。使用添加剂DIO应用 于MEH-PPV:PCBM结构中，改善活性层形貌。最终得到了在DIO浓度为20 mg/ml的时候器件 短路电流密度最大(JSC=8.74mA/cm2)，器件效率最高(PCE=2.44%)，相比没有使用DIO的情况效率提升了 55.4%。