In0.68Ga0.32As热光伏电池的探究.pdfVIP

第十三届全国固体薄膜学术会议（NCTSF2012 ，山东烟台，2012 年 8 月） In0.68Ga0.32As 热光伏电池的研究  谭明 1,2 1 1 1 1,2 2 1 ，季莲 ，赵勇明 ，何巍 ，朱亚旗 ，陈治明 ，陆书龙 1. 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室，江苏省苏州市 215125； 2. 西安理工大学，自动化与信息工程学院，西安市 710054； 摘 要：在 InP 衬底上通过金属有机物化学汽相淀积（Metal organic chemical vapor deposition，MOCVD ）的方法制成了能隙为 0.6eV 的 In0.68Ga0.32As 热光伏电池，对其光伏特 性的研究表明，通过基区宽度的优化，减小了基区的串联电阻，从而大幅改善了热光伏电池 的性能。在 AM1.5G 标准光谱下，优化措施可将开路电压从 0.21V 提高到 0.22V,短路电流从 2 2 52mA/cm 提高到 54mA/cm ,转换效率也从 6.9%提高到 7.21% 。 关键词: 热光伏电池；开路电压；外量子效率 1. 引言 热光伏(TPV) 电池[1-2]是将高温热发射体发出的红外辐射直接转换成电能的一种半导体光电器件， 考虑到高温热辐射体的工作温度一般在 1000℃～1500℃，因此，为了获得尽可能多的辐射吸收，热光 伏电池材料的禁带能隙一般选择在 0.4eV～0.7eV 之间。热光伏电池技术是太阳能光伏技术的延伸，应 用潜力很大。近年来，以 InP 为衬底的 InGaAs 材料因其具有较窄的禁带而成为制备热光伏电池的一种 理想材料。本文采用 MOCVD 的方法实现了禁带宽度为 0.6eV 的失配生长的 InGaAs 热光伏电池的制 作，介绍了热光伏电池的结构设计和特性测试，着重分析了基区宽度对热光伏电池输出特性的影响。 2. 热光伏电池的研究 2.1 热光伏电池的结构设计 考虑到 1050℃的热辐射源的峰值波长为 2μm ，因此，为了最大限度的辐射吸收，我们在 p 型 InP 衬底上失配生长了禁带宽度为 0.6eV 的热光伏电池，其器件结构剖面图如图 1 所示： 图 1 器件结构剖面图 图2 样品的 TEM 图片 Fig 1 Cross-section of TPV cell Fig 2 An TEM photograph of TPV cell 如图 1 所示，首先通过 MOCVD 的方法在 p 型(001) InP 衬底上生长 As 组分渐变的 InAs P 缓冲 X 1-X 层，然后在 InAsXP1-X 缓冲层[3-5]上依次生长 P 型 InGaAs 基区层和 n 型 InGaAs 发射层，其中基区层较 厚，掺杂浓度相对较低，发射层相对较薄而掺杂浓度相对较高，此外，为了减少表面复合速度，提高 光的吸收率，我们在 In0.68Ga0.32As 发射层上生长了与其晶格相匹配的 n 型 InAs0.32P0.68 窗口层[6-8] 。同 171 第十三届全国固体薄膜学术会议（NCTSF2012 ，山东烟台，2012 年 8 月） 时，为了使正面电极与半导体表面形成良好的欧姆接触，我们在窗口层上进一步生长了 n 型 InGaAs 接 触层，其中窗口层带隙相对较宽，以保证光的吸收损失最小，同时也降低电池的表面复合速度，最后 窗口层上淀积 TiO2/SiO2 抗反射涂层，减少了表面的反射率，使尽可能多的辐射光子能够进入有源区而 被电池吸收。 为了提高有源区的材料质量，我们通过张应变、压应变交替组合的方式生长了 In