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InGaN太阳能电池研究与制作

关注热度:133   来源:新能源学术论文  作者:张锴
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【摘要】:InGaN材料因其具有直接带隙、高吸收系数、抗辐射特性、连续可调的禁带宽度等优秀的光电特性,被认为是最有前景的太阳能电池材料。本文针对InGaN太阳能电池的设计制作问题进行了研究。首先,通过理论计算以及软件模拟,研究了PN结以及PIN结构太阳能电池吸收层中InGaN材料的最佳In组分值,以及部分层结构对电池性能的影响。其次,本文利用MOCVD设备主要探究了量子阱与其生长条件之间的关系,通过研究生长压力的影响,发现当压力从100Torr升高到400Torr时,量子阱中的In组分依次减少,晶体的结晶质量逐渐提高;在研究温度影响发现,量子阱生长对温度非常敏感,590℃,595℃和600℃三个温度虽然差距很小,但是对外延质量以及In组分的影响很大。通过研究量子阱数量为10、20个、30个周期的样品测试数据,发现量子阱数量增多顶层阱中In组分提高。研究了P型层生长速度的影响,发现在较快的生长速度下(TEG=60sccm)P型GaN电学性能更优异。最后,生长全结构外延片,制作器件并测试,发现所制作电池性能比较差,在2mm×2mm的器件上,Voc为1.33V,Jsc为0.012mA,效率仅0.12%。此外,对不同形状电极进行了研究,发现增加指叉间距、电极尽量靠近MESA边缘都能提高太阳能电池效率。
【关键词】:InGaN 量子阱 太阳能电池 MOCVD 外延
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-7
  • 第一章 绪论7-13
  • 1.1 引言7-8
  • 1.2 太阳能8
  • 1.3 太阳能电池8-10
  • 1.3.1 传统太阳能电池8-9
  • 1.3.2 新型 InGaN 太阳能电池9-10
  • 1.4 本文研究内容10-13
  • 第二章 InGaN 太阳能电池理论基础13-31
  • 2.1 太阳能电池理论13-19
  • 2.1.1 太阳辐射谱13-14
  • 2.1.2 太阳能电池基本原理14-16
  • 2.1.3 太阳能电池特性与参数16-19
  • 2.2 InGaN 太阳能电池19-29
  • 2.2.1 InGaN 材料特性19-20
  • 2.2.2 InGaN 材料的生长技术20-21
  • 2.2.3 III-N 材料外延技术21-24
  • 2.2.4 InGaN 太阳能电池的外延结构24-26
  • 2.2.5 InGaN 及其他 III-N 常用测试方法26-29
  • 2.3 本章小结29-31
  • 第三章 InGaN 太阳能电池的软件模拟31-45
  • 3.1 wxAMPS 软件31
  • 3.2 基本参数模型31-35
  • 3.2.1 光学模型31-33
  • 3.2.2 材料物理模型33-35
  • 3.3 不同结构 InGaN 太阳能电池的模拟35-43
  • 3.3.1 PN 结太阳能电池模拟35-38
  • 3.3.2 PIN 异质结太阳能电池模拟38-39
  • 3.3.3 中间带宽插入层对 InGaN 太阳能电池的影响39-43
  • 3.4 本章总结43-45
  • 第四章 InGaN 太阳能电池的制作45-65
  • 4.1 器件外延生长研究45-57
  • 4.1.1 InGaN 吸收层的外延生长45-46
  • 4.1.2 不同生长压力下长的 MQW 比较46-50
  • 4.1.3 不同生长温度下生长的 MQW 比较50-52
  • 4.1.4 不同数量量子阱的比较52-53
  • 4.1.5 不同生长速度对 P 型 GaN 性能影响53-55
  • 4.1.6 PIN 太阳能电池全结构的外延生长55-57
  • 4.2 器件制作57-63
  • 4.2.1 制作流程57-58
  • 4.2.2 测试分析58-60
  • 4.2.3 电极形状对 InGaN 太阳能电池的影响60-63
  • 4.3 本章总结63-65
  • 第五章 总结与展望65-67
  • 致谢67-69
  • 参考文献69-74


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关键词: InGaN

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