GaInP_2GaAsGe叠层太阳电池材料的低压MOCVD外延生长.docVIP

第 31 卷第 2 期　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　Vo l131 No12 光 子 学 报 2002 年 2 月　　　　　　　　　　A CTA PHO TON ICA S IN ICA 　　　　　　　　　February 2002　 Ga InP2?GaA s?Ge 叠层太阳电池材料 Ξ 的低压M OCVD 外延生长 李　辉　汪　韬　李宝霞　赛晓峰　高鸿楷 (中国科学院西安光学精密机械研究所光电子学室, 西安 710068) 　　摘　要　本文采用自制的L P2M OCVD 设备, 外延生长出 Ga InP2?GaA s?Ge 叠层太阳电池结 构片, 对电池材料进行了 X 射线衍射测试分析 1 另外, 采用二次离子质谱仪测试了电池结构 的剖面曲线 1 用此材料做出的叠层太阳电池,AM O 条件下光电转换效率 Γ= 13. 6% , 开路电 压V oc= 2230mV , 短路电流密度 J sc= 12. 6mA ?cm 21 关键词　L P2M OCVD; Ga InP2?GaA s?Ge; 叠层太阳电池 0　引言 　　为了充分利用太阳光不同波段的光子能量, Ga InP2?GaA s?Ge 双结叠层太阳电池结构片, 并 提高太阳电池的光电转换效率, 国际上正积极展 以此做出了转换效率 Γ= 1. 65%、开路电压V oc= 开多结叠层电池的研制工作 1? 2í 族化合物半 导体太阳电池则随着M OCVD、M BE 等先进外延 2230mV、短路电流密度 J sc = 12. 6mA ?cm 池样品 1 2 的电 生长技术的飞速发展而成为叠层电池研究的热点1 叠层电池的特点集中表现在: 高光电转换效率; 高 1　叠层电池结构设计 开路电压; 较低的输出功率损失; 宽太阳光谱响 双结叠层电池通常由宽禁带带隙的顶电池、 应; 高 的 功 率?重 量 比 1 目 前, 国 际 上 已 对 A lGaA s?GaA s、 Ga InP2?GaA s、 Ga InA s?Inp、 Ga InP?Ga InA s 等双结叠层太阳电池进行过研 究, 其中以对 Ga InP2?GaA s 叠层太阳电池的研究 为多 1 该电池在 AM 115 条件下, 实验室光电转 130% , 大大高于 GaA s、Si 等常用空 换效率已超过 间电池的水平 1 工业化成熟产品转换效率在 2311% 左右 2, 并逐步用作卫星等航天器的供电电 隧道结和窄带带隙的底电池三部分依次串联而成1 为了获得尽可能高的光电转换效率, 叠层电池应满足 材料晶格匹配、禁带宽度组合合理和顶底子电池电流 匹配等基本要求 1 三元合金 Ga 51 In0. 49 P 简称 (Ga InP2) 是与GaA s 晶格匹配的理想顶电池材料, 其 禁带宽度 E g 在 1185eV 和 119eV 之间, 与 GaA s 组成的 Ga InP2?GaA s 叠层电池, 理论转换效率大 于 34% (AM 115) 31 就叠层电池电流密度一般不 源, 前 景 十 分 广 阔 1 不 过, 造 价 昂 贵 一 直 是 同1顶底电池的电流失配会使电池性能大受影响1 Ga InP2?GaA s 叠层电池难以大批量生产的直接 设法获取电池匹配的结构是保证叠层电池具有良 好性能的重要一环 1 下面就具体设计问题进行探 原因, 选用价格低廉的 Ge 衬底是降低成本, 减小 Ga InP2?GaA s 叠层电池自身重量的有效途径 1 讨 1 国外对此已进行了多年研究, 但在国内尚未见相 关报道 1 本文运用L P2M OCVD 设备, 生长出了 1) 　GaA s?Ge 底电池的设计 GaA s?Ge 底 电 池 的 设 计 是 整 个 Ga InP2? Ξ 国家自然科学基金资助项目 　收稿目期: 2001206219  210 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光 子 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30 卷 GaA s?Ge 叠层电池的基石 1 对 GaA s?Ge 底电 池, 主要问题是 GaA s?Ge 界面处理 (尽量削弱、 随生长工艺变化而有所不同, 有时仅为 1182eV 左右 1 这与 Ga InP 2 材料存在有序结构相关, 有序 抑制反向畴的产生和界面互扩散)、GaA s 电池各 层掺杂水平和厚度设计 1 关于此方面的内容, 国 结构的存在使得 Ga InP2 带隙变小, 且有序性的大 71 考虑此, 我们解决顶、底子 小受生长工艺影响 4, 5, 在此不再讨论 1 内有不少报道 2) 　GaA s 隧道结的设计要求 电池的电流匹配的办法是: 在保证