《InGaN量子阱材料的應力調控及背照射結構太陽電池研究》是依託中國農業大學，由周梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：InGaN量子阱材料的應力調控及背照射結構太陽電池研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：周梅
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目提出了一種新型背照射InGaN量子阱結構太陽電池，該器件結構外加了多層In組分漸變層來緩解較高In組分的InGaN失配帶來的應力，實現InGaN/GaN量子阱應力調控，並獲得更高質量的材料，同時背照射也能更充分地吸收入射光，提高電池效率。本項目首先通過研究漸變層的In組分、厚度、層數等對InGaN應力釋放的影響，揭示其弛豫機制並進行應力調控，找到缺陷抑制方法，然後我們還要研究位錯和空位缺陷對InGaN太陽能電池的影響規律，建立起缺陷與太陽能電池的影響模型，最後我們還要進行理論計算，對這種背照射組分漸變結構太陽電池進行結構設計，並結合低缺陷材料技術，研製出高性能的InGaN太陽能電池（吸收光子能量大約在2.4eV以上）。
結題摘要
InGaN太陽電池是一種新型半導體光伏器件，其基本結構為p-GaN/i-InGaN/n-GaN或者p-GaN/i-InGaN量子阱/n-GaN，我們研究了許多基礎問題，包括p-GaN摻雜技術及機理、InGaN單層材料和量子阱外延生長、電池結構參數設計等等，特別是重點解決了InGaN量子阱的問題，並做出了InGaN太陽電池原型器件。 我們首先研究了p型摻雜技術，實驗發現，p-GaN的電阻率隨著材料中的碳雜質濃度增加而增加，碳雜質在P-GaN中可能會形成施主，從而補償了受主、破壞了p型，適當降低生長速率、提高反應室壓力，可以減小C雜質濃度，從而改善p-GaN質量，我們還提出了一種利用器件的IV特性計算p-GaN載流子濃度的新方法。我們發現，在InGaN材料生長中，NH3會分解出H2，從而腐蝕了In原子，過大的NH3流量，反而會造成InGaN中In的組分的降低，主要是合適的NH3流量才有利於高質量的InGaN生長；研究發現，碳雜質可以在禁帶中形成深能級，起到非輻射複合中心的作用，增加反應室壓力可以減少碳雜質濃度，從而增強InGaN/GaN量子阱的發光效率；我們還發現，由於應力和極化效應的存在，增加壘層厚度會減少電子泄露，從而可以提高InGaN/GaN量子阱的電注入發光性能。在器件結構方面，適當的減小p-InGaN層厚度，可以增加InGaN太陽電池的短路電流，從而提高整體轉換效率，改善p型歐姆接觸特性對於InGaN太陽電池性能也非常重要。在器件物理方面，我們發現，隨著In含量的增加，InGaN量子阱內的背景載流子濃度增大，從而減少了有效的光吸收區域\引起太陽能電池EQE的減小，我們認為是在生長高In組分InGaN材料時，引入了更多的淺施主的氮空位缺陷，從而引起多量子阱內非故意摻雜電子濃度的增加；我們還發現，在寬而淺的阱中產生了更多的能夠被有效收集的光生載流子，增大了相應的太陽能電池的EQE值，提高了其光伏性能。 最後我們綜合p型摻雜、InGaN量子阱、器件結構，製備出InGaN太陽電池器件，吸收邊大約為500nm，峰值量子效率超過40%，具有顯著的光伏效應。本項目的研究結果可以促進InGaN太陽電池的研究和發展。
