InGaN基太阳能电池的结构设计及极化效应研究

【摘要】：InGaN基太阳能电池的理论效率很高,但是实际制作的器件性能都比较差,其中既有InGaN材料质量的问题,也有器件结构设计方面的问题。此外由于其特殊的晶体结构,InGaN材料具有很强的极化效应,对太阳能电池性能产生很大的影响。因此,器件结构设计、材料缺陷和极化效应的研究对InGaN太阳能电池有着重要意义。论文主要内容如下:对含有带尾缺陷的单结p-In0.65Ga0.35N/n-In0.65Ga0.35N太阳电池进行模拟,模拟表明:随着带尾态俘获截面的增大,将引起开路电压和短路电流的显著降低,当俘获截面为10-14cm-2时,InGaN单结太阳电池的效率从理想值24.12%下降到12.76%。对p-GaN/i-InxGa1-xN/n-GaN双异质结太阳能电池进行结构优化设计,通过仿真发现本征In组分在0.26时,电池效率达到最大值8.90%。同时,对含有带尾缺陷的p-GaN/i-In0.26Ga0.74N/n-GaN太阳电池进行仿真模拟,当俘获截面为10-14cm-2时,太阳电池的效率从理想值8.90%下降到7.19%。利用AMPS-1D软件仿真极化效应对InGaN太阳能电池的影响:首先分析了GaN/InGaN基异质结中的极化电荷与In组分的关系,接着对p-GaN/i-In0.26Ga0.74N/n-GaN双势垒异质结构太阳能电池进行了理论计算研究,分析了不同极化强度对电池性能的影响。当极化强度为0.6时,电池效率从理想值8.90%下降到2.13%。 【关键词】：InGaN太阳能电池 带尾态 俘获截面 极化效应 转化效率
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 太阳能电池的研究背景及意义8-11
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 选题意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本论文的主要安排12-14
• 第2章 太阳能电池基本原理及AMPS-1D软件介绍14-24
• 2.1 太阳能电池基本原理14-15
• 2.2 太阳能电池的伏安特性15-17
• 2.3 AMPS-1D软件使用说明17-23
• 2.3.1 基本方程17-19
• 2.3.2 AMPS-1D软件主要界面19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 不同结构的InGaN太阳能电池缺陷效应研究24-38
• 3.1 InGaN材料参数24-25
• 3.2 缺陷对单结同质InxGa1-xN太阳能电池的影响25-30
• 3.2.1 单结同质In0.65Ga0.35N太阳能电池结构25-26
• 3.2.2 带尾缺陷对单结InGaN太阳能电池的影响26-30
• 3.3 缺陷对p-GaN/i-InxGa1-xN/n-GaN太阳能电池的影响30-35
• 3.3.1 p-GaN/i-In0.26Ga0.74N/n-GaN太阳能电池结构30-33
• 3.3.2 本征In0.26Ga0.74N层中缺陷参数33-34
• 3.3.3 本征In0.26Ga0.74N层中缺陷对电池的影响34-35
• 3.4 本章小结35-38
• 第4章 极化效应对InGaN太阳能电池的影响38-50
• 4.1 GaN材料的极化效应38-39
• 4.2 极化电荷的计算39-41
• 4.3 极化效应引入AMPS-1D软件41-44
• 4.4 极化对p-GaN/i-In0.26Ga0.74N/n-GaN太阳能电池的影响44-47
• 4.5 本章小结47-50
• 结论50-52
• 参考文献52-56
• 攻读硕士学位期间所发表的论文56-58
• 致谢58

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