《面向高效光伏電池的InGaN數字合金材料外延及其摻雜研究》是依託北京大學，由王新強擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：面向高效光伏電池的InGaN數字合金材料外延及其摻雜研究
- 項目負責人：王新強
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全組分可調InGaN三元合金是迄今發現的唯一與太陽光譜幾乎完全匹配的單一半導體材料體系，特別適合研製高效光伏電池，理論預測光電轉換效率高達70%，是當前半導體科學和清潔能源領域高度關注的研究方向。InN 和GaN 物理、化學性質上的較大差異，導致全組分可調InGaN 材料的外延生長非常困難，嚴重阻礙高效光伏電池的實現。本項目瞄準外延生長面臨的關鍵科學問題，以發展InGaN 外延生長新方法、提高InGaN 光伏電池效率為目標，提出通過InGaN 數字合金實現高質量材料外延生長這一創新技術路線，系統開展InN、GaN 原子層外延生長研究和InGaN 基光伏原型器件研製，主要內容包括基於(InN)n/(GaN)m 短周期超晶格的InGaN 數字合金外延生長、界面調控、缺陷控制、p 型摻雜以及數字合金的精細能帶結構和光生載流子的輸運規律等，為實現高效InGaN 基光伏電池奠定科學基礎。
結題摘要
本項目採用極富In的生長條件在高阻矽基GaN模板上獲得了電子遷移率高達3580 cm2/V·s的InN薄膜，指標保持國際領先水平。通過對生長溫度，Mg 源溫度和V/III比等生長條件的精確控制，實現了GaN和InN的p型摻雜，同時開發出了一種基於光輔助Kelvin探針的探測GaN納米線p型摻雜的方法。最佳化InGaN 基太陽能電池結構，成功製備出高效InGaN基太陽能電池原型器件，實現2.14%的光電轉換效率，發現並分析了氮化物太陽能電池正溫度特性，相關結果得到英國著名雜誌“Semiconductor Today”的報導。 本項目還對InGaN基原子層級量子結構的外延生長進行了研究，原位的研究了InGaN單原子層的有序結構的起因以及InGaN/GaN界面擴散的行為，並提出了抑制In原子擴散的方法。對In(Ga)N納米結構的生長行為進行了研究，詳細分析了其生長行為中蘊含的晶格極性和對稱性因素。實現了多周期數字合金的可控外延，並分析了其應變弛豫情況，研究其中的激子複合特性。實現了單光子源、高遷移率二維電子氣和高輸出功率電子束泵浦深紫外光源等多種基於數字合金或超薄量子結構的器件，指標均達到國際先進水平。 本項目在InN 基氮化物半導體材料與器件研究的基礎科學問題方面，以MBE 生長動力學和摻雜動力學研究為重點，深入的研究了高電子遷移率InN薄膜、全組分可調InGaN 及InGaN 數字合金等全光譜光伏材料、基於數字合金和超薄量子結構的單光子源器件、電子束泵浦紫外光源的生長和物理性質，為氮化物半導體材料的研究與套用打下良好的基礎。
