《氮化鎵/矽多界面納米異質結新型太陽能電池研究》是依託鄭州大學，由李新建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氮化鎵/矽多界面納米異質結新型太陽能電池研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李新建
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太陽光子能量的分散性與半導體帶隙能的唯一性、光子吸收位的分布性與載流子收集電極的局域性，構成了制約傳統太陽能電池效率提高的兩個根本因素。本項目擬以具有獨特層次結構的矽納米孔柱陣列（Si-NPA）為襯底，通過沉積GaN納米結構，製備出一種GaN/Si-NPA多界面納米異質結新型太陽能電池。利用異質結中兩種半導體材料帶隙差和半導體納米晶帶隙的尺寸依賴性，實現對太陽光全波段的量子吸收，提高光生載流子產生效率；通過構造複雜多界面異質結構，縮短載流子向收集電極傳輸過程的路徑，減小載流子傳輸過程中的複合幾率，最終獲得具有較高能量轉換效率的太陽能電池。項目還擬通過對電池複雜界面結構及成分的調控和對電池光伏特性的測試與分析，探索納米多界面異質結中光生載流子產生、分離、輸運和收集的物理過程和規律，建立其清晰的空間結構和物理模型，為未來新型高效太陽能電池研製奠定基礎。
結題摘要
太陽光子能量的分散性與半導體帶隙能的唯一性、光子吸收位置的分布性與載流子收集電極的局域性，構成了制約傳統太陽能電池效率提高的兩個根本因素。本項目以具有獨特層次結構的矽納米孔柱陣列（Si-NPA）為襯底，通過沉積GaN納米結構，製備出一種GaN/Si-NPA多界面納米異質結。為提高GaN/Si-NPA的界面質量並減少缺陷種類和缺陷濃度，探索發展了Si-NPA的氮鈍化技術，GaN在Si-NPA上的無催化劑生長技術和ZnO納米晶誘導生長技術，研究了在製備過程中氨氣流量對GaN結構形貌、缺陷種類和相對濃度及的調製規律。在此基礎上，製備了基於GaN/Si-NPA的太陽能電池並對其製備條件進行了最佳化，實現了開路電壓0.82 V、短路電流23.21 mA/cm2、填充因子38.5%和電池能量轉換效率7.29%的優異性能。通過對電池複雜界面結構及成分的分析並結合電池光伏特性的測試結果，初步澄清了多界面納米異質結中光生載流子產生、分離、輸運和收集的物理過程和規律，建立了多界面納米異質結電池清晰的空間結構和物理模型，為未來新型高效太陽能電池研製奠定了基礎。
