MOCVD设备为Aixtron200-4,ó族气源分别为TMGa,TMAl,TMIn;V族气源分别为AsH3和PH3;n型掺杂剂为SiH4;p型掺杂剂为DEZn和CCl4;载气为经钯过滤器在线纯化的H2。n型GaAs衬底为Si掺杂单晶片,浓度为1@1018cm-3,晶向为(100)偏向(110)2b.主要后生长工艺包括:光刻、蒸发、热退火和选择性腐蚀。正面和背面电极分别为TiPdAg和AuGeNiPAu,阴影面积约占电池面积(2@2cm2)的3%.为了形成良好的欧姆接触,进行适当热退火处理。采用双层减反射膜TiO2PSiO2,其厚度分别为62和95nm.
结果与讨论p+-nGaInP2顶电池电池结构与性能p+-n结构GaInP2顶电池(如所示)的典型光伏特性曲线由示出。其中暗Jd-V曲线和光照Jph-V曲线分别用虚线和实线表示。光照时的光伏性能为:开路电压Voc=11329V,短路电流密度Jsc=13170mAPcm2,填充因子FF=01771.比较Jph-V曲线与Jd-V曲线,可以看出,光照Jph-V曲线中包含了明显的分流成分,而Jd-V曲线在线性坐标下则看不出此迹象。该现象不能用二极管的理想因子或串联、并联电阻损失来解释。
模拟结果为了理解光生电流随电压的变化关系,我们根据Crandall针对p――in型氢化非晶硅(a-Si:H)太阳电池提出的场助收集效应模型<6>,对顶电池的光照Jph-V曲线进行了计算机模拟。光电流可表示为Jph=qGlc(1-exp(-LPlc)),(2)其中q为电子电荷,G为光生载流子产生率,L为吸收层的厚度。lc为收集长度,其定义为电子漂移长度(ln=LnSnE)与空穴漂移长度(lp=LpSpE)之和,即lc=ln+lp,为未知参数。LS为吸收层中光生载流子的迁移率和寿命的乘积。显然,收集长度lc为电场E和电压V的函数。为简单起见,假设E在n-GaInP2吸收层(厚度L=500nm,)中均匀分布,那么E=(Vi-V)PL,其中Vi为内建电势。因此,lc将随V的减小而呈线性增加。当V=0,即短路条件,光电流趋于饱和值:Jph=qGL,这时几乎所有电子1空穴对被电场分离,并在外电路被收集。
GaInP2PGaAs叠层太阳电池将上述关于顶电池的研究结果应用于叠层太阳电池,进一步研究了p-n型GaInP2PGaAs叠层太阳电池。顶电池采用p+-p--n--n+结构,底电池则采用p+-n结构。各子电池之间采用GaAs隧道结连接,整个电池结构已在文献<9>中报道。
针对GaInP2材料质量不够理想的条件,提出采用p+-p--n--n+结构代替p+-n结构,改进了GaInP2顶电池的光伏性能,转换效率达到14126%(AM0,25e,2@2cm2).进一步研制得到高效率GaInP2PGaAs叠层太阳电池,转换效率达到23182%(AM0,25e,2@2cm2).
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