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晶格失配对GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池性能影响的分析

马大燕 陈诺夫 付蕊 刘虎 白一鸣 弭辙 陈吉堃

晶格失配对GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池性能影响的分析

马大燕, 陈诺夫, 付蕊, 刘虎, 白一鸣, 弭辙, 陈吉堃
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  • 传统GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池因受其带隙组合的限制,转换效率再提升空间不大.倒装结构三结太阳电池因其更优的带隙组合期望可以得到更高的效率.基于细致平衡原理,结合P-N结形成机理,应用MATLAB语言对双晶格失配GaInP(1.90 eV)/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装结构三结太阳电池底、中电池的不同带隙组合进行模拟优化.模拟结果表明在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,禁带宽度组合为1.90/1.38/0.94 eV的带隙最优,综合材料成本与试验条件,当顶、中电池最优厚度组合为4 upm和3.2 upm时理论转化效率高达51.22%,此时两个异质结的晶格失配度分别为0.17%和2.36%.忽略渐变缓冲层生长后底电池位错的影响,通过计算0.17%的晶格失配引入1.70105 cm-2的插入位错密度,对比单晶格失配GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池光电转化效率仍提高了0.3%.
    [1]

    King R R, Boca A, Hong W, Liu X Q, Bhusari D, Larrabee D, Edmondson K M, Law D C, Fetzer C M, Mesropian S, Karam N H 2009 Proceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Hamburg, Germany, Sep. 21-25, 2009 p55

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    Hashem I E, Carlin C Z, Hagar B G, Colter P C, Bedair S M 2016 J. Appl. Phys. 119 172

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    Takamoto T, Washio H, Juso H 2014 Proceedings of the 40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Denver, Colorado, USA, June 8-13, 2014 p1

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    Geisz J F, Kurtz S R, Wanlass M W, Ward J S, Duda A, Friedman D J, Olson J M, McMahon W E, Moriarty T E, Kieh J T, Romero M J, Norman A G, Jones K M 2008 Proceedings of the 33th IEEE Photovoltaic Specialists Conference San Diego, California, USA, May 11-16, 2008 p1

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    Geisz J F, Kurtz S R, Wanlass M W, Ward J S, Duda A, Friedman D J, Olson J M, McMahon W E, Moriarty T E, Kieh J T, Romero M J, Norman A G, Jones K M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 123505

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    Luque A, Hegedus S 2011 Handbook of Photovoltaic Science and Engineering (Second Edition) (New York:Wiley) pp323-326

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    1 Zhang Y, Shan Z F, Cai J J, Wu H Q, Li J C, Chen K X, Lin Z W, Wang X W 2013 Acta Phys. Sin. 62 158802 (in Chinese)[张永, 单智发, 蔡建九, 吴洪清, 李俊承, 陈凯轩, 林志伟, 王向武 2013 物理学报 62 158802]

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    Orders P J, Usher B F 1987 Appl. Phys. Lett. 50 980

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    Matthews J W, Blakeslee A E 1974 J. Cryst. Growth 27 118

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    Yastrubchak O, Wosinski T, Domagala J Z, Lusakowska E, Figielski T, Pecz B, Toth A L 2004 J. Phys.:Condens. Matter 16 S1

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    Chang K H, Bhattacharya P K, Gibala R 1989 J. Appl. Phys. 66 2993

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    [12] 祁科武, 赵宇宏, 郭慧俊, 田晓林, 侯华. 温度对小角度对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟. 物理学报, 2019, 68(17): 170504. doi: 10.7498/aps.68.20190051
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-08-30
  • 修回日期:  2016-10-25
  • 刊出日期:  2017-02-20

晶格失配对GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池性能影响的分析

    基金项目: 

    北京市自然科学基金(批准号:2151004)资助的课题.

摘要: 传统GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池因受其带隙组合的限制,转换效率再提升空间不大.倒装结构三结太阳电池因其更优的带隙组合期望可以得到更高的效率.基于细致平衡原理,结合P-N结形成机理,应用MATLAB语言对双晶格失配GaInP(1.90 eV)/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装结构三结太阳电池底、中电池的不同带隙组合进行模拟优化.模拟结果表明在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,禁带宽度组合为1.90/1.38/0.94 eV的带隙最优,综合材料成本与试验条件,当顶、中电池最优厚度组合为4 upm和3.2 upm时理论转化效率高达51.22%,此时两个异质结的晶格失配度分别为0.17%和2.36%.忽略渐变缓冲层生长后底电池位错的影响,通过计算0.17%的晶格失配引入1.70105 cm-2的插入位错密度,对比单晶格失配GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池光电转化效率仍提高了0.3%.

English Abstract

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