《NEA GaAlAs/GaAs高效真空光電轉換器件理性設計與可控制備》是依託南京理工大學，由常本康擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：NEA GaAlAs/GaAs高效真空光電轉換器件理性設計與可控制備
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：常本康
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對目前太陽能電池轉換效率低的問題，提出以變組分變摻雜GaAlAs/GaAs光電轉換材料為核心的高效真空光電轉換器件。利用第一性原理研究變組分變摻雜光電轉換材料能帶結構的形狀和大小，並研究不同摻雜濃度區域交界面處耗盡層的寬度、內建電場的大小及對電子運動規律的影響，建立變組分變摻雜光電轉換材料的量子效率模型，並進行變組分變摻雜光電轉換材料研製。研製與光電轉換材料相匹配的、能有效地收集光電子的陽極。研製陽極輔熱Cs循環裝置，保證光電轉換材料的NEA性能。基於真空光電器件的研究，構建含光學聚光裝置、變組分變摻雜GaAlAs/GaAs光電轉換材料、陽極、輔熱Cs循環裝置和蓄電池系統組成的NEA GaAs基高效真空光電轉換系統，最終獲得大於40%的光電轉換效率。
結題摘要
本項目針對目前太陽能電池轉換效率低的問題，提出了以變組分變摻雜NEA GaAlAs/GaAs光電轉換材料為核心的高效真空光電轉換器件構想。利用量子效率公式和第一性原理研究變組分變摻雜光電轉換材料能帶結構的形狀和大小，並研究不同摻雜濃度區域交界面處耗盡層的寬度、內建電場的大小及對電子運動規律的影響，建立變組分變摻雜光電轉換材料的量子效率模型，並進行變組分變摻雜光電轉換材料研製。分析了透射式GaxAlAs1-x/GaAs分級指數摻雜結構，建立了異質結GaxAlAs1-x/GaAs多級內建電場模型，並對GaAs和GaAlAs穩定性在理論和實驗的層面上進了對比，提出了更最佳化的針對Ga0.37AlAs0.63/GaAs陰極的表面化學清洗方法。 根據光子增強熱電子發射理論（PETE）對GaxAlAs1-x/GaAs材料的光熱混合電子發射過程進行建模分析，提出了基於PETE的GaxAlAs1-x/GaAs材料的光電能量轉換模型，該材料的內建電場和負電子親和勢表面對於提高光電能量轉換效率具有真要意義。熱電轉換和光電轉換是太陽能發電的兩種重要途徑，PETE理論的提出以一種混合熱電轉換和光電轉換的新思路。為了解決高溫穩定性問題，我們提出了熱增強外光電發射模型（TEPE），它在光電發射模型下描述光和熱的協同作用，在相對較低的溫度下實現光熱共同轉換。在一隻NaCsSb二極體中觀察到了基於外光電效應的光電能量轉換現象，並且當溫度從20℃上升至70℃時，能量轉換效率增加了一倍。 設計並試製了多種真空光電轉換器件，包括透射/反射雙視窗多鹼陰極真空光電轉換器件和透射/反射AlxGa1-xAs/GaAs陰極真空光電轉換器件。其中，多鹼陰極真空光電轉換器件的量子效率達到18%，AlxGa1-xAs/GaAs陰極真空光電轉換器件的量子效率達到41%。
