论文部分内容阅读
自从重新修订了InN的禁带宽度约为0.7eV,InGaN合金的带宽与太阳光谱能够完美匹配,可以通过改变In组分来调整InGaN材料的带宽,以及InGaN的高吸收系数、高机械强度以及良好的导热性等性质,这使对InGaN的研究成为太阳能电池中的前沿研究课题。但是目前对InGaN太阳能电池的研究还不是很充分。本文目的是为了InGaN电池的制备提供理论基础。主要研究内容包括利用AMPS软件模拟单结太阳能电池以及增加带宽渐变层的太阳能电池;利用MATLAB软件计算出多结电池的最大效率,研究复合对电池的影响。本文的主要工作和研究成果如下:1、利用AMPS软件对掺杂浓度为1×1018cm-3、带宽为1.32eV的同质结InGaN电池进行模拟,得到电池最大效率约为22.63%。p层和n层厚度均为200nm时,电池的最佳带宽是1.4eV。对异质结p-GaN/n-InxGa1-xN电池模拟,当In组分x约为0.5时,电池的效率最大,为13.89%,而且此时价带存在明显的不连续性。2、分别在带宽为2.3eV的InGaN同质结电池、p-GaN/n-In0.5Ga0.5N异质结电池以及p-In0.39Ga0.61N/n-GaN异质结中增加各种类型的InGaN带宽渐变层。带宽渐变层的增加不仅实现了对光子的分段吸收,提高了InGaN太阳能电池的吸收效率,而且构成了势垒,形成了附加电场,提高少数载流子的收集和寿命,减少异质结电池中的价带和导带的不连续性,从而提高电池的转换效率。在同质结电池中的p层和n层分别添加相应的带宽渐变层,电池的效率可以从11.50%提高到14.30%。增加n型带宽渐变层后,p-In0.39Ga0.61N/n-GaN异质结中的导带不连续性消失,电池效率从0.005%提高到15.54%。3、对存在复合时的双结太阳能电池的电流密度公式进行推导,计算AM1.5G光谱照射下各种子电池带宽组合下的电池效率。当顶电池和底电池的带宽组合为1.74/1.1eV时电池的效率最大,约为31.93%。4、优化复合情况下6结InGaN电池,得到最大效率为38.56%。存在复合时,InGaN电池的转换效率随电池中子电池的数目呈线性变化。不存在复合时,短路电流密度和转换效率较高。