太阳电池透明电极与质子辐照三结太阳电池研究

论文摘要

随着太阳电池技术的不断进步,对其构成材料的性质表征和改良更新,以及对新型结构电池性质表征手段的发展和创新,都是具有重要意义的研究。本论文主要从这两个角度分别研究了新型透明导电薄膜材料IMO与Si的接触特性,以及经质子辐照后的高效率三结GaInP/GaAs/Ge太阳电池产生的缺陷探测和退化效应表征的新方法。具体工作包括以下四个方面:1.新型透明导电薄膜IMO/Si接触特性研究。通过对IMO与不同掺杂类型的Si进行接触形成的异质结进行电流-电压测试得到:IMO/p-Si为整流特性,IMO/n-Si为欧姆特性。根据对IMO/p-Si异质结进行的电容-电压测得的内建势获得了其大致的接触能带排列图,并由此可以推断IMO/n-Si的接触能带图。通过这两种接触能带图可以解释二者截然不同的电流-电压特性的成因。IMO/p-Si能带图中接触界面附近形成了一个窄电子势阱,它的存在影响了电容-电压特性。为了测试这个窄势阱的性质,首先通过反向饱和电流随温度变化关系得到了阱中最高电子占据能级跃迁到阱外的能量。其次采用了光电流谱测试得到了其中三个分立能级的信号,并且分立能级随偏压的变化满足三角形势阱近似下的分析,其中的最高能级到阱外的能量与反向饱和电流变温测试所得结果符合。进一步以泊松方程为基础进行IMO/p-Si接触导带形状的模拟计算,得到的窄势阱中分立能级可以与光电流谱所得结果相比拟。计算还得出电容-电压关系曲线,与实验数据有较好的吻合。2.搭建ODLTS测试系统。在原有DLTS测试系统基础上增加了光脉冲模块,采用脉冲发生器控制激光二极管对样品进行光脉冲注入,避免了传统ODLTS系统中用斩波器实现光脉冲不便于调节脉冲参数的缺点。3.质子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池缺陷探测。首次采用ODLTS方法对多结太阳电池的各子电池进行缺陷测试。通过设置不同的光照模式,对质子辐照前后GaInP/GaAs/Ge三结电池中的顶电池和中电池中的缺陷分别进行了测试,得到未辐照样品的本征缺陷和辐照后产生的一系列缺陷,并计算出缺陷能级和浓度。其中测到GaAs中电池中的两个缺陷能级与文献报道的用传统方法得到单结样品中的缺陷相似。对不同质子能量辐照产生的缺陷,缺陷浓度在电池中的分布通过SRIM软件模拟得到。4.用阻抗谱法表征质子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池退化效应。利用最简单的p-n结RC等效电路模型,首次采用交流阻抗谱方法对质子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的退化效应进行表征。由三个子电池组成三结电池可以等效成三组RC并联单元的串联电路,通过阻抗谱测试以及拟合可以得到这三组RC单元,借助光照方法进行鉴别,使其分别对应于各个子电池。对未辐照样品进行测试及拟合得到的电容结果,与根据掺杂浓度计算得到的势垒电容有很好的吻合。对不同辐照能量样品进行测试分析,得到的结果反映出了各个子电池的并联电阻和电容在不同辐照条件下的退化效应:在辐照损伤严重时,并联电阻剧烈减小,同时电容有明显升高。表征结果与软件模拟得到的缺陷浓度分布结果符合良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.研究背景
• 1.1.太阳电池概述
• 1.2.太阳电池研究方向
• 1.3.透明导电氧化物
• 1.4.Ⅲ-V族多结太阳电池
• 1.5.太阳电池辐照研究
• 2.本论文的工作
• 2.1.IMO/Si接触特性研究
• 2.2.GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池质子辐照引入缺陷研究
• 2.3.质子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的阻抗谱表征
• 3.参考文献
• 第二章 IMO/Si接触特性研究
• 1.研究背景
• 1.1.IMO特点
• 1.2.异质结理论
• 1.3.异质结测试方法
• 2.实验
• 2.1.样品制备
• 2.2.测试系统
• 3.结果与讨论
• 3.1.I-V、C-V特性
• 3.2.接触能带图
• 0-T测试结果'>3.3.I₀-T测试结果
• 3.4.光电流谱
• 4.IMO/p-Si导带模拟计算
• 4.1.算法
• 4.2.计算结果与讨论
• 5.总结
• 6.参考文献
• 第三章 质子辐照在GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池产生的缺陷研究
• 1.研究背景
• 1.1.太阳电池工作原理
• 1.2.粒子辐照太阳电池
• 1.3.DLTS方法
• 1.3.1.热发射理论
• 1.3.2.DLTS实验方法
• 1.3.3.Laplace DLTS介绍
• 1.4.ODLTS方法
• 2.实验
• 2.1.样品
• 2.2.SRIM软件
• 2.3.I-V工作特性测试
• 2.4.ODLTS测试系统
• 2.5.ODLTS实验方法
• 3.结果与讨论
• 3.1.SRIM模拟
• 3.2.I-V工作特性
• 3.3.ODLTS结果
• 4.总结
• 5.参考文献
• 第四章 质子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池退化特性的阻抗谱表征
• 1.研究背景
• 1.1.多结电池辐照退化现象表征
• 1.2.阻抗谱方法
• 2.实验
• 2.1.样品与等效电路
• 2.2.测试系统
• 2.3.实验原理
• 3.结果与讨论
• 3.1.SRIM模拟
• 3.2.阻抗谱结果
• 3.3.退化表征
• 4.总结
• 5.参考文献
• 在学期间发表论文（第一作者）
• 致谢