高效率InGaN太陽能電池的研究

【摘要】：隨著科技的飛速發(fā)展，能源問題日益成為人們關(guān)注的焦點。目前使用的能源主要包括石油、天然氣和煤，它們都是非可再生的化石能源，會污染環(huán)境并且導致溫室效應。因此，人們迫切希望尋找清潔的可再生的新型能源。而太陽能由于具有清潔、取之不盡、分布廣泛等諸多優(yōu)勢，備受人們關(guān)注。太陽能電池是是直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種裝置，被認為是利用太陽能的最佳方式之一，并且是清潔能源的代表。 長期以來，尋求高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池材料一直是研究的熱點。目前，InGaN這種直接帶隙的半導體材料，通過改變In組分可使其禁帶寬度從0.77eV（InN）到3.42eV（GaN）連續(xù)可調(diào)，并且具有高的電子遷移率和抗輻射能力，因此InGaN太陽能電池中引起了人們密切的關(guān)注。本論文基于InGaN的以上特點，對采用InGaN材料的太陽能電池進行了分析，研究了加入漸變層和多量子阱這兩種結(jié)構(gòu)的電池，并進行了仿真。 對于InGaN組分漸變的應用，本文采用了在異質(zhì)結(jié)中加入漸變層的結(jié)構(gòu)，設計了p-GaN/n-InGaN漸變層/n-InGaN太陽能電池。通過與無漸變層的電池的仿真對比，表明對于異質(zhì)結(jié)太陽能電池加入漸變層能夠改善電池的性能，發(fā)現(xiàn)了當In組分為0.61時可以獲得最大的轉(zhuǎn)換效率（可達26.93%）。此外，還發(fā)現(xiàn)了薄的輕摻雜的漸變層可以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。 對于InGaN多量子阱的應用，本文采用了在p-i-n中將多量子阱代替本征層的結(jié)構(gòu)，設計了p-InGaN/i-(InGaN/GaN MQW)/n-InGaN太陽能電池。通過仿真對比，表明多量子阱的加入可以提高短路電流，雖然開路電壓略有降低，但是還是增大了轉(zhuǎn)換效率（當勢壘中In組分為0.7時效率可達27.13%）。此外，通過仿真數(shù)據(jù)對比，表明較薄勢壘層厚度、較高外界溫度以及較多的量子阱數(shù)目都能提升多量子阱太陽能電池的性能。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 InGaN 組分漸變 多量子阱
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 化石能源特點綜述9
• 1.1.2 新能源發(fā)展現(xiàn)狀9-11
• 1.2 研究意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究進展12-14
• 1.4 本文主要工作和結(jié)構(gòu)安排14-17
• 第二章 太陽能電池基本理論17-31
• 2.1 太陽能電池的歷史17-19
• 2.2 光生伏特效應19
• 2.3 太陽能電池電流-電壓特性分析19-23
• 2.4 太陽能電池性能表征23-26
• 2.5 太陽能電池效率分析26-29
• 2.5.1 材料禁帶寬度27
• 2.5.2 少子壽命27-28
• 2.5.3 寄生電阻效應28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-31
• 第三章 Silvaco Atlas 仿真31-39
• 3.1 器件仿真軟件 ATLAS 簡介31-32
• 3.2 器件仿真流程32-38
• 3.2.1 器件結(jié)構(gòu)設定33-34
• 3.2.2 材料參數(shù)及模型34-36
• 3.2.3 數(shù)值計算方法36-37
• 3.2.4 獲取器件特性37
• 3.2.5 仿真結(jié)果分析37-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第四章 組分漸變的 InGaN 太陽能電池39-53
• 4.1 InGaN 材料39-40
• 4.2 InGaN 材料的參數(shù)提取40-44
• 4.3 基于 InGaN 組分漸變的太陽能電池44-47
• 4.3.1 異質(zhì)結(jié)的光伏特性44-46
• 4.3.2 組分漸變的太陽能電池46-47
• 4.4 仿真結(jié)果與分析47-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 InGaN/GaN 多量子阱太陽能電池53-63
• 5.1 加入多量子阱的 p-i-n 太陽能電池53-56
• 5.1.1 p-i-n 太陽能電池53-54
• 5.1.2 多量子阱太陽能電池54-56
• 5.2 InGaN/GaN 多量子阱太陽能電池仿真與分析56-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)束語63-65
• 致謝65-67
• 參考文獻67-70

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