GaSb熱光伏電池及其減反射層的研究

【摘要】： GaSb屬于窄禁帶Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料,其禁帶寬度為0.72eV,主要用于紅外和近紅外光纖、光敏器件、疊層電池下電池及熱光伏發(fā)電。因為Ⅲ-Ⅴ族材料單晶生長技術(shù)的進步,促進了GaSb熱光伏電池的研究。GaSb熱光伏電池的光譜響應(yīng)極好的與熱紅外發(fā)射體發(fā)出的波長匹配,因而GaSb被選作TPV發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電核心。國際上GaSb電池的研制已經(jīng)取一定的成果,并正試圖提高光電轉(zhuǎn)化效率。而在我國,GaSb電池的研究剛起步。 本篇文章首先介紹了GaSb的基本物理特性和光伏電池的基本原理,并著重闡述了暗電流、開路電壓及少子壽命對電池效率的影響。然后,通過理論分析,參考文獻,在n型GaSb襯底上,利用選擇性二次擴散工藝制作淺結(jié)重摻雜光伏電池。經(jīng)過試驗結(jié)果分析,優(yōu)化工藝參數(shù),并最終制作出光電轉(zhuǎn)化效率超過6%(AM1.0,25℃)的GaSb熱光伏電池。 本篇文章的另一個重點是制作高質(zhì)量的GaSb減反射膜及表面織構(gòu)化的研究。實驗中分別采用傳統(tǒng)的陽極氧化工藝制作同質(zhì)陽極氧化膜和化學(xué)刻蝕法實現(xiàn)表面織構(gòu)化。在陽極氧化工藝中,由于較高的電化學(xué)反應(yīng)偏壓嚴重影響陽極氧化膜的致密性和均勻性,也不利于制作器件,本實驗通過添加弱酸來增加溶液中的導(dǎo)電離子數(shù)量,彌補降低反應(yīng)偏壓對反應(yīng)速度的影響,同時,調(diào)整pH值也可以改變化學(xué)反應(yīng)速度。根據(jù)陽極氧化膜表面形貌和電學(xué)特性曲線,最終選定適當?shù)膮?shù)制作較理想的陽極氧化薄膜,并應(yīng)用于GaSb熱光伏電池。 采用化學(xué)刻蝕法刻蝕GaSb表面,形成適合做見反射層的表面織構(gòu)。通過掃描電子顯微鏡觀察表面形貌,再調(diào)整刻蝕液的成分和刻蝕時間,分別在P型和N型GaSb表面獲得了規(guī)則的表面圖形,并在HCl:HNO_3:H_2O(2:1:6)的混合溶液中刻蝕5分鐘,得到了適合做減反射層的三角形表面形貌,三角形頂角為63oC,側(cè)面由{111}面構(gòu)成。 【關(guān)鍵詞】：GaSb熱光伏電池 陽極氧化 表面織構(gòu) 化學(xué)刻蝕 減反射層 GaSb物理特性
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-10
• 1 GaSb物理特性10-20
• 1.1 GaSb結(jié)構(gòu)特性10-11
• 1.2 熱學(xué)特性11-14
• 1.3 電子特性和電子傳輸特性14-18
• 1.4 光學(xué)特性18
• 1.5 缺陷和摻雜18-20
• 2 光伏電池基本理論20-30
• 2.1 電學(xué)特性20-27
• 2.1.1 單色光光電流計算20-22
• 2.1.2 等效電路及I-V特性22-25
• 2.1.3 暗電流25
• 2.1.4 開路電壓25-27
• 2.2 少子壽命27-29
• 2.3 串聯(lián)電阻、旁路電阻對電池I-V特性的影響29
• 2.4 太陽電池轉(zhuǎn)化效率29-30
• 3 GaSb表面陽極氧化和化學(xué)刻蝕30-42
• 3.1 陽極氧化30-36
• 3.1.1 GaSb陽極氧化原理及電學(xué)特性分析32-34
• 3.1.2 原子力顯微鏡(AFM)測量表面粗糙度34-36
• 3.2 GaSb化學(xué)刻蝕36-42
• 4 GaSb太陽電池制備42-61
• 4.1 GaSb樣品制備42-43
• 4.1.1 清洗與腐蝕42
• 4.1.2 SiO_2掩膜制備42-43
• 4.1.3 光刻43
• 4.1.4 刻蝕SiO_2掩膜43
• 4.2 擴散原理及工藝43-56
• 4.2.1 Zn擴散的微觀機制44
• 4.2.2 理論擬合44-50
• 4.2.3 內(nèi)部量子效率與外部量子效率50
• 4.2.4 影響電池效率的因素50-55
• 4.2.5 實驗工藝55-56
• 4.3 制作電極56-57
• 4.4 制作減反射膜57-58
• 4.5 GaSb電池效率及結(jié)果討論58-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻62-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

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