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太阳能是一种清洁、无污染、取之不竭用之不尽的新能源,具有其它新能源所不可比拟的优点。太阳能电池是把太阳能直接转化为电能的一种半导体器件,作为光伏产业核心技术的太阳能电池正受到人们越来越多的关注。Si是目前光伏产业中的传统太阳能电池材料,而InGaN是近年来备受关注的新型太阳能电池材料,两种太阳电池材料相比其它材料具有很多优点。Si材料在地球上含量丰富,其制备技术已相当成熟;InGaN材料的禁带宽度在0.7eV～3.4eV范围内连续可调,具有抗辐射、耐高温的特点。本论文围绕InGaN/Si异质结太阳能电池进行了一系列的研究工作,主要工作及结论如下:
1、设计了InGaN/Si单异质结太阳能电池,InGaN光吸收层的厚度范围为20nm～200nm,掺杂浓度设定为5×1019/cm3,通过采用AMPS-1D软件对InGaN/Si单异质结太阳能电池进行的模拟计算,得到了InGaN/Si单异质结太阳能电池的最优化转换效率η=29.63％,明显高于Si同质结太阳能电池的光电转换效率。通过对InGaN/Si单异质结太阳能电池的Ⅰ-Ⅴ特性曲线的分析,得到InGaN/Si单异质结太阳能电池的电流密度为Jsc=29.73mA/cm2,填充因子为FF=0.88,开路电压Voc=1.13V,其开路电压大约为Si同质结太阳能电池开路电压的两倍。模拟中发现n-In0.46Ga0.54N/p-Si异质结的InGaN导带底与Si价带顶在同一能量位置,但并不是一个低阻抗欧姆结。
2、通过采用AMPS-1D软件对InGaN/Si双结异质结太阳能电池进行的模拟,得到了InGaN/Si双异质结太阳能电池的转换效率为34％,电流密度为Jsc=1.0mA/cm2,填充因子为FF=0.92,开路电压Voc=1.77V。这些结果为设计新型的高效率InGaN基太阳能电池提供了理论依据。
3、利用LMBE设备尝试了InN/Si薄膜材料的生长,对薄膜材料进行了初步的测试分析,为以后制作InGaN/Si太阳能电池做了准备。