光子增強熱電子發(fā)射（PETE）全固態(tài)太陽能電池是PETE研究的一個重要方向。本文選擇P型重摻雜的窄帶隙In_xGa_1-xN材料作為吸收層,N型摻雜的寬帶隙的In_xGa_1-xN材料作為勢壘層組成全固態(tài)太陽能電池,運用AMPS-1D軟件研究In組分和勢壘層摻雜濃度對InGaN全固態(tài)太陽能電池性能的影響,結果得到了InGaN重摻雜濃度的臨界值為3.94×10¹⁹/cm³,發(fā)現全固態(tài)太陽能電池的光電轉換效率會隨著勢壘層In組分的變化而變化,并由此得出最優(yōu)的組合為:吸收層In組分為0.75,勢壘層In組分為0.58,光電轉換效率為31.333%。進一步研究該組合發(fā)現光電轉換效率會隨著勢壘層摻雜濃度的升高而降低,最優(yōu)的勢壘層摻雜濃度不易超過2×10¹⁹/cm³,調節(jié)勢壘層In組分可以起到調節(jié)勢壘高度的作用,本文的結果將為InGaN全固態(tài)太陽能電池的制備提供理論支持。 

【文章來源】：電子元件與材料. 2020年07期 北大核心

【文章頁數】：10 頁

【部分圖文】：

基于InGaN的全固態(tài)太陽能電池的能級示意圖[19]

本計算所模擬的基于InGaN的全固態(tài)太陽能電池,其結構可以簡化為圖2形式,由于幾百納米的InGaN半導體材料就可以吸收大部分入射光,因此本研究選用厚度為100 nm的重摻雜P型窄禁帶InxGa1-xN材料作為吸收層。且為使基于InGaN的全固態(tài)太陽能電池滿足熱電子發(fā)射機制,勢壘層不易過薄,而勢壘層過厚也勢必會影響電子的發(fā)射,進而降低光電轉換效率,因而選擇厚度為10 nm的N型摻雜寬禁帶的InxGa1-xN材料作為勢壘層。在本模擬過程中,首先需要找到InGaN的P型重摻雜濃度,因此先隨機選取In組分為0.75的In0.75Ga0.25N為吸收層(對應Eg=1.11 eV),In組分為0.44的In0.44Ga0.56N為勢壘層(對應Eg=1.86 eV),并通過翻閱大量文獻發(fā)現對于大多數材料,當摻雜濃度超過1019/cm3可以達到重摻雜,因此本研究選取多個在1019/cm3以上的摻雜濃度進行嘗試,并通過AMPS-1D軟件做出能帶圖,確定InGaN材料具體的P型重摻雜濃度。當P型的摻雜濃度NA=3.93×1019/cm3時,其能帶圖如圖3所示,結果發(fā)現在熱平衡狀態(tài)下,其費米能級基本上與價帶頂重合,還并未達到重摻雜的程度。

在本模擬過程中,首先需要找到InGaN的P型重摻雜濃度,因此先隨機選取In組分為0.75的In0.75Ga0.25N為吸收層(對應Eg=1.11 eV),In組分為0.44的In0.44Ga0.56N為勢壘層(對應Eg=1.86 eV),并通過翻閱大量文獻發(fā)現對于大多數材料,當摻雜濃度超過1019/cm3可以達到重摻雜,因此本研究選取多個在1019/cm3以上的摻雜濃度進行嘗試,并通過AMPS-1D軟件做出能帶圖,確定InGaN材料具體的P型重摻雜濃度。當P型的摻雜濃度NA=3.93×1019/cm3時,其能帶圖如圖3所示,結果發(fā)現在熱平衡狀態(tài)下,其費米能級基本上與價帶頂重合,還并未達到重摻雜的程度。當P型的摻雜濃度NA=3.95×1019/cm3時,其能帶圖如圖4所示,結果發(fā)現在熱平衡狀態(tài)下,費米能級明顯要低于價帶頂,因此證明此時吸收層處于重摻雜狀態(tài)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]InGaN太陽電池光電轉換特性的理論計算[J]. 張玉寧,剡文杰.  電源技術. 2016(03)

博士論文
[1]基于光子增強熱電子發(fā)射（PETE）的全固態(tài)高溫太陽能電池技術研究[D]. 楊陽.中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所) 2015

碩士論文
[1]InGaN基太陽能電池的結構設計及極化效應研究[D]. 張利超.河北科技大學 2015
[2]硅基薄膜太陽電池的數值模擬[D]. 張聰亮.溫州大學 2011



本文編號：2931639