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高效率InGaN太阳能电池的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:05:16
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高效率InGaN太阳能电池的研究【摘要】:随着科技的飞速发展,能源问题日益成为人们关注的焦点。目前使用的能源主要包括石油、天然气和煤,它们都是非可再生的化石能源,会污染环境并且导致

【摘要】:随着科技的飞速发展,能源问题日益成为人们关注的焦点。目前使用的能源主要包括石油、天然气和煤,它们都是非可再生的化石能源,会污染环境并且导致温室效应。因此,人们迫切希望寻找清洁的可再生的新型能源。而太阳能由于具有清洁、取之不尽、分布广泛等诸多优势,备受人们关注。太阳能电池是是直接将太阳辐射能转换成电能的一种装置,被认为是利用太阳能的最佳方式之一,并且是清洁能源的代表。 长期以来,寻求高转换效率的太阳能电池材料一直是研究的热点。目前,InGaN这种直接带隙的半导体材料,通过改变In组分可使其禁带宽度从0.77eV(InN)到3.42eV(GaN)连续可调,并且具有高的电子迁移率和抗辐射能力,因此InGaN太阳能电池中引起了人们密切的关注。本论文基于InGaN的以上特点,对采用InGaN材料的太阳能电池进行了分析,研究了加入渐变层和多量子阱这两种结构的电池,并进行了仿真。 对于InGaN组分渐变的应用,本文采用了在异质结中加入渐变层的结构,设计了p-GaN/n-InGaN渐变层/n-InGaN太阳能电池。通过与无渐变层的电池的仿真对比,表明对于异质结太阳能电池加入渐变层能够改善电池的性能,发现了当In组分为0.61时可以获得最大的转换效率(可达26.93%)。此外,还发现了薄的轻掺杂的渐变层可以获得较高的转换效率。 对于InGaN多量子阱的应用,本文采用了在p-i-n中将多量子阱代替本征层的结构,设计了p-InGaN/i-(InGaN/GaN MQW)/n-InGaN太阳能电池。通过仿真对比,表明多量子阱的加入可以提高短路电流,虽然开路电压略有降低,但是还是增大了转换效率(当势垒中In组分为0.7时效率可达27.13%)。此外,通过仿真数据对比,表明较薄势垒层厚度、较高外界温度以及较多的量子阱数目都能提升多量子阱太阳能电池的性能。 【关键词】:太阳能电池 InGaN 组分渐变 多量子阱
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-9
  • 第一章 绪论9-17
  • 1.1 研究背景9-11
  • 1.1.1 化石能源特点综述9
  • 1.1.2 新能源发展现状9-11
  • 1.2 研究意义11-12
  • 1.3 国内外研究进展12-14
  • 1.4 本文主要工作和结构安排14-17
  • 第二章 太阳能电池基本理论17-31
  • 2.1 太阳能电池的历史17-19
  • 2.2 光生伏特效应19
  • 2.3 太阳能电池电流-电压特性分析19-23
  • 2.4 太阳能电池性能表征23-26
  • 2.5 太阳能电池效率分析26-29
  • 2.5.1 材料禁带宽度27
  • 2.5.2 少子寿命27-28
  • 2.5.3 寄生电阻效应28-29
  • 2.6 本章小结29-31
  • 第三章 Silvaco Atlas 仿真31-39
  • 3.1 器件仿真软件 ATLAS 简介31-32
  • 3.2 器件仿真流程32-38
  • 3.2.1 器件结构设定33-34
  • 3.2.2 材料参数及模型34-36
  • 3.2.3 数值计算方法36-37
  • 3.2.4 获取器件特性37
  • 3.2.5 仿真结果分析37-38
  • 3.3 本章小结38-39
  • 第四章 组分渐变的 InGaN 太阳能电池39-53
  • 4.1 InGaN 材料39-40
  • 4.2 InGaN 材料的参数提取40-44
  • 4.3 基于 InGaN 组分渐变的太阳能电池44-47
  • 4.3.1 异质结的光伏特性44-46
  • 4.3.2 组分渐变的太阳能电池46-47
  • 4.4 仿真结果与分析47-52
  • 4.5 本章小结52-53
  • 第五章 InGaN/GaN 多量子阱太阳能电池53-63
  • 5.1 加入多量子阱的 p-i-n 太阳能电池53-56
  • 5.1.1 p-i-n 太阳能电池53-54
  • 5.1.2 多量子阱太阳能电池54-56
  • 5.2 InGaN/GaN 多量子阱太阳能电池仿真与分析56-62
  • 5.3 本章小结62-63
  • 第六章 结束语63-65
  • 致谢65-67
  • 参考文献67-70


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