GaSb多晶薄膜熱光伏材料與器件的研究.pdf

1、熱光伏是將各種熱源輻射的能量通過(guò)半導(dǎo)體PN結(jié)直接轉(zhuǎn)變成電能的技術(shù)。從原理上看,熱光伏的基本原理與傳統(tǒng)的太陽(yáng)電池原理相同,只是其轉(zhuǎn)換的熱輻射光譜波段與太陽(yáng)電池不同。熱光伏技術(shù)被認(rèn)為是一種第三代光伏電池技術(shù)。對(duì)于一般的熱源,GaSb電池對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)比Si更趨于長(zhǎng)波段,能夠提供更高的功率密度,因此GaSb電池在熱光伏技術(shù)的發(fā)展中起到了關(guān)鍵的作用。但GaSb材料應(yīng)用于熱光伏技術(shù)的主要問(wèn)題是成本高,包括襯底、單晶外延層以及器件工藝的成本。一種降

2、低成本的途徑是在廉價(jià)的襯底上采用廉價(jià)工藝制備GaSb多晶薄膜材料。
　　 本論文以GaSb和InxGal-xSb多晶薄膜的基本特性和GaSb薄膜熱光伏電池器件結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,取得了如下具有創(chuàng)新意義的進(jìn)展:
　　 1.采用共蒸發(fā)方法成功制備出GaSb多晶薄膜。X射線衍射結(jié)果表明薄膜具有(111)擇優(yōu)取向。隨著薄膜厚度的增加,薄膜的晶粒尺寸增大。GaSb薄膜的吸收系數(shù)達(dá)到104 cm-1,薄膜的光學(xué)帶寬為0.726 eV。當(dāng)

3、死Tga/Tsb比增加時(shí),薄膜的空穴濃度明顯增加。當(dāng)Ga蒸發(fā)源溫度為810℃,Sb蒸發(fā)源溫度為415℃時(shí),多晶GaSb薄膜的空穴濃度為2×1017cm1-3,遷移率為130 cm2/(V·s),這個(gè)結(jié)果優(yōu)于NREL報(bào)道的結(jié)果。研究結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)制備的GaSb多晶薄膜是一種合適的熱光伏電池材料。
　　 2.論文通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了用Al-ZnO作為GaSb、haGaSb多晶薄膜熱光伏器件的導(dǎo)電電極,并在Al-ZnO襯底上制備出結(jié)晶質(zhì)量?jī)?yōu)于

4、玻璃襯底的GaSb、InGaSb多晶薄膜,Al-ZnO襯底上的GaSb/CdS異質(zhì)結(jié)二接管特性良好。本論文進(jìn)行了GaSb多晶薄膜器件的探索研究,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)出倒結(jié)構(gòu)Filter/Glass/Al-ZnO/p-GaSb/n-GaSb/CdS/Al-ZnO/Contact的GaSb多晶薄膜熱光伏器件。論文對(duì)GaSb/CdS異質(zhì)結(jié)熱光伏電池的理論效率進(jìn)行了計(jì)算。
　　 3.首次采用Raman光譜對(duì)GaSb、InGaSb多晶薄膜