多結(jié)Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池在空間電池技術(shù)中具有很大的優(yōu)勢(shì),在陸地聚光發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)力。常規(guī)的多結(jié)電池結(jié)構(gòu)在材料選擇上受限于晶格匹配的條件,子電池對(duì)吸收光譜的分配有局限性,轉(zhuǎn)換效率存在Shockley–Queisser極限。應(yīng)力平衡量子阱的引入打破了常規(guī)多結(jié)電池結(jié)構(gòu)的光譜固定分配模式,通過(guò)調(diào)節(jié)勢(shì)阱帶隙使之成為光譜可調(diào)型電池,在結(jié)構(gòu)優(yōu)化上擁有了更多的自由度。本文重點(diǎn)研究了應(yīng)力平衡In GaAs/GaAsP多量子阱在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用,根據(jù)現(xiàn)有InGaAs/GaAsP量子阱結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀,提出了將InGaAs子電池吸收邊拓展到950nm,相應(yīng)外量子效率達(dá)到50%以上的目標(biāo)。具體的研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)部分:1、探究了量子阱太陽(yáng)能電池的研究基礎(chǔ),包括量子阱太陽(yáng)能電池的基本原理和各項(xiàng)特征參數(shù),MOCVD的工藝原理以及材料和器件的表征分析原理;2、InGaAs/GaAsP量子阱結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì):根據(jù)三結(jié)電池限流的特性,分析了中頂電池電流匹配時(shí)InGaAs子電池吸收邊的理論位置。針對(duì)多量子阱結(jié)構(gòu)的應(yīng)力平衡條件,利用計(jì)算模型將應(yīng)力平衡的判斷方法進(jìn)行量化,并通過(guò)RADS模擬軟件驗(yàn)證... 

【文章來(lái)源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

能源需求預(yù)測(cè)

美國(guó)也因此將從能源凈進(jìn)口國(guó)成為凈出口國(guó)。由此可見(jiàn)，能源技術(shù)的革命展應(yīng)朝著兩個(gè)方向發(fā)展：發(fā)展新能源和提高能源效率。正是基于這種對(duì)能源效率提升以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的迫切需求，清潔的可再源得到了迅猛發(fā)展，成為全球增速最快的的能源模塊，其中太陽(yáng)能技術(shù)增速明顯。2014 年全球太陽(yáng)能發(fā)電量同比增長(zhǎng) 38.2%，遠(yuǎn)高于可再生能源中增速的風(fēng)能發(fā)電（10.2%）[2]。在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)中，太陽(yáng)能電池是發(fā)電系統(tǒng)的主體，它是一種在 pn 結(jié)有施加電壓的半導(dǎo)體器件。在太陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能遞給負(fù)載，作為長(zhǎng)期電源早已在人造衛(wèi)星和宇宙飛船中廣泛使用。隨著技術(shù)，太陽(yáng)能電池對(duì)能量的利用效率不斷提升，在地面發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用也得到速發(fā)展。從圖 2 中可以看出，太陽(yáng)能電池技術(shù)從上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，歷經(jīng)了從單、多晶硅到Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展[3]。目前能達(dá)到的最高光電轉(zhuǎn)換超過(guò) 44%，采用的技術(shù)是聚光條件下的三結(jié) GaAs 太陽(yáng)能電池。

圖 1-5 單結(jié)和三結(jié)電池的吸收光譜Fig.1-5 Absorption spectra of Si solar cell and Triple Junction (TJ) solar cell目前常規(guī)三結(jié) GaAs 電池的制備技術(shù)已經(jīng)成熟，在不對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的情況下，轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)很難繼續(xù)提升。從 1955 年 Jackson 提出多結(jié)電池的概念以來(lái)[11]，直到 1998 年整體級(jí)聯(lián)三結(jié) InGaP/GaInAs/Ge 電池的面世[12]，人們開(kāi)始不斷嘗試四結(jié)和五結(jié)電池的技術(shù)研發(fā)。但因?yàn)樗慕Y(jié)電池所用到的 N 源材料制造難度高，材料中的少子壽命和遷移率都比較低，成了整個(gè)技術(shù)的短板。于是人們不得不把研究重點(diǎn)又放在了三結(jié)太陽(yáng)能電池上，等待 N 源材料的技術(shù)發(fā)展。21世紀(jì)以來(lái)，人們以三結(jié) GaAs 基太陽(yáng)能電池為基礎(chǔ)，不斷刷新著電池轉(zhuǎn)換效率的記錄。量子阱太陽(yáng)能電池就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展的。1.3 量子阱太陽(yáng)能電池的研究意義和研究現(xiàn)狀1.3.1 量子阱太陽(yáng)能電池的研究意義

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]英國(guó)石油集團(tuán)（BP）正式發(fā)布《BP2035世界能源展望》（2015版）中國(guó)專題報(bào)告[J]. 胡敏.  煉油技術(shù)與工程. 2015(06)
[2]GaAs量子阱太陽(yáng)能電池量子效率的研究[J]. 丁美斌,婁朝剛,王琦龍,孫強(qiáng).  物理學(xué)報(bào). 2014(19)
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[5]GaInAs/GaAs應(yīng)變量子阱能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算[J]. 晏長(zhǎng)嶺,秦莉,寧永強(qiáng),張淑敏,王青,趙路民,劉云,王立軍,鐘景昌.  激光雜志. 2004(05)
[6]異質(zhì)結(jié)應(yīng)變層的臨界厚度的確定[J]. 白利偉,胡禮中.  半導(dǎo)體技術(shù). 2002(02)

碩士論文
[1]GaInP2/GaAs/Ge雙結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池MOCVD生長(zhǎng)和聚光器的制作研究[D]. 李曉婷.中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2003



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