高效率InGaN太阳能电池的研究

【摘要】：随着科技的飞速发展，能源问题日益成为人们关注的焦点。目前使用的能源主要包括石油、天然气和煤，它们都是非可再生的化石能源，会污染环境并且导致温室效应。因此，人们迫切希望寻找清洁的可再生的新型能源。而太阳能由于具有清洁、取之不尽、分布广泛等诸多优势，备受人们关注。太阳能电池是是直接将太阳辐射能转换成电能的一种装置，被认为是利用太阳能的最佳方式之一，并且是清洁能源的代表。 长期以来，寻求高转换效率的太阳能电池材料一直是研究的热点。目前，InGaN这种直接带隙的半导体材料，通过改变In组分可使其禁带宽度从0.77eV（InN）到3.42eV（GaN）连续可调，并且具有高的电子迁移率和抗辐射能力，因此InGaN太阳能电池中引起了人们密切的关注。本论文基于InGaN的以上特点，对采用InGaN材料的太阳能电池进行了分析，研究了加入渐变层和多量子阱这两种结构的电池，并进行了仿真。 对于InGaN组分渐变的应用，本文采用了在异质结中加入渐变层的结构，设计了p-GaN/n-InGaN渐变层/n-InGaN太阳能电池。通过与无渐变层的电池的仿真对比，表明对于异质结太阳能电池加入渐变层能够改善电池的性能，发现了当In组分为0.61时可以获得最大的转换效率（可达26.93%）。此外，还发现了薄的轻掺杂的渐变层可以获得较高的转换效率。 对于InGaN多量子阱的应用，本文采用了在p-i-n中将多量子阱代替本征层的结构，设计了p-InGaN/i-(InGaN/GaN MQW)/n-InGaN太阳能电池。通过仿真对比，表明多量子阱的加入可以提高短路电流，虽然开路电压略有降低，但是还是增大了转换效率（当势垒中In组分为0.7时效率可达27.13%）。此外，通过仿真数据对比，表明较薄势垒层厚度、较高外界温度以及较多的量子阱数目都能提升多量子阱太阳能电池的性能。 【关键词】：太阳能电池 InGaN 组分渐变 多量子阱
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 化石能源特点综述9
• 1.1.2 新能源发展现状9-11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 国内外研究进展12-14
• 1.4 本文主要工作和结构安排14-17
• 第二章 太阳能电池基本理论17-31
• 2.1 太阳能电池的历史17-19
• 2.2 光生伏特效应19
• 2.3 太阳能电池电流-电压特性分析19-23
• 2.4 太阳能电池性能表征23-26
• 2.5 太阳能电池效率分析26-29
• 2.5.1 材料禁带宽度27
• 2.5.2 少子寿命27-28
• 2.5.3 寄生电阻效应28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 Silvaco Atlas 仿真31-39
• 3.1 器件仿真软件 ATLAS 简介31-32
• 3.2 器件仿真流程32-38
• 3.2.1 器件结构设定33-34
• 3.2.2 材料参数及模型34-36
• 3.2.3 数值计算方法36-37
• 3.2.4 获取器件特性37
• 3.2.5 仿真结果分析37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 组分渐变的 InGaN 太阳能电池39-53
• 4.1 InGaN 材料39-40
• 4.2 InGaN 材料的参数提取40-44
• 4.3 基于 InGaN 组分渐变的太阳能电池44-47
• 4.3.1 异质结的光伏特性44-46
• 4.3.2 组分渐变的太阳能电池46-47
• 4.4 仿真结果与分析47-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 InGaN/GaN 多量子阱太阳能电池53-63
• 5.1 加入多量子阱的 p-i-n 太阳能电池53-56
• 5.1.1 p-i-n 太阳能电池53-54
• 5.1.2 多量子阱太阳能电池54-56
• 5.2 InGaN/GaN 多量子阱太阳能电池仿真与分析56-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 结束语63-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-70

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Ⅲ-V族太阳电池的研究和应用    向贤碧;廖显伯;

InGaN太阳电池转换效率的理论计算    文博;周建军;江若琏;谢自力;陈敦军;姬小利;韩平;张荣;郑有炓;

太阳能电池工作原理与种类    李崇华;

SILVACO——打造全球领先TCAD技术 对SILVACO中国区总经理何建锡先生的专访    本刊通信员;

新能源与减碳    马怀新;

多晶硅薄膜太阳电池    张凤鸣

第三代太阳电池技术    邓菊莲;崔海昱;王志刚;龙维绪;

ATO粉体的制备工艺及其导电性能的研究    尹大鹏;朱协彬;汪海涛;

金属/多孔硅/硅结构发光器件输运特性的研究    卓敬清;李宏建;夏辉;崔昊杨;

纳米结构在新型太阳电池中的应用进展    朱晨昕;贾锐;陈晨;李维龙;李昊峰;刘明;刘新宇;叶甜春;

金属支架0.5W红外发光二极管研究    夏正浩;李炳乾;郑同场;王卫国;张运华;

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究    李成;李好斯白音;李耀耀;王凯;顾溢;张永刚;

微波pin二极管电阻与温度的关系    顾晓春;吴思汉;

p型N掺杂ZnO薄膜的MOCVD生长与电学性质    汤琨;顾书林;朱顺明;

PbTe/Pb_(1-x)Sr_xTe多量子阱中红外发光二极管的研究    斯剑霄;吴惠桢;翁斌斌;何展;蔡春锋;

高压VDMOS用外延片的外延参数设计    赵丽霞;袁肇耿;张鹤鸣;

MOS结构电容高频C-V特性的应用    熊海;孔学东;章晓文;

中国可再生能源发展战略    周凤起;

浅述太阳能热发电的发展历史和现状    白瑞明;

硫化镉/Ru(Ⅱ)配合物复合敏化ZnO纳米晶多孔膜电极的光电化学    李卫华,郝彦忠,王艳芹,乔学斌,杨迈之,蔡生民

非晶硅太阳能电池研究现状    吴建荣,杜丕一,韩高荣,寿瑾晖,张溪文,朱懿

有机太阳能电池研究进展    徐明生,季振国,阙端麟,汪茫,陈红征

化合物半导体光伏电池研究进展    邓志杰,王雁

纳米晶体TiO_2多孔膜的制备、性能及其在太阳能电池中的应用    程黎放，王瑜，戴松元，邬钦崇，王孔嘉

太阳能热气流电站系统的研究进展    黄素逸;

纳米尺度TiO_2聚苯胺多孔膜电极光电化学研究    柳闽生,郝彦忠,乔学斌,杨迈之,蔡生民,李永舫

采用单片机的太阳能电池最大功率点跟踪控制器    欧阳名三,余世杰,沈玉樑

InGaN太阳电池转换效率的理论计算    文博;周建军;江若琏;谢自力;陈敦军;姬小利;韩平;张荣;郑有炓;

InGaN太阳能电池材料的辐射性质    董少光;

In_(1-x)Ga_xN/Si异质结太阳能电池的光伏特性研究    董少光;

In_(1-x)Ga_xN/Si异质结太阳能电池的光伏特性研究    董少光;范广涵;

InGaN薄膜中电子自旋偏振弛豫的时间分辨吸收光谱研究    陈小雪;滕利华;刘晓东;黄绮雯;文锦辉;林位株;赖天树;

InGaN太阳能电池材料电学与光学性质的辐射研究    董少光;范广涵;

InGaN单结太阳电池中的浅能级杂质的理论计算和模拟    林硕;沈晓明;张保平;李福宾;李建功;孟祥海;

大功率白光LED的寿命测定    Shinya Ishizaki;王雨晴;

高亮度、纯白色LED灯的研制    杨笑卫

超高亮度InGaN蓝、白光LED之碳化硅与蓝宝石Al_2O_3底衬材料的探讨    罗超帆

基于InGaN蓝光LED的光转换型白光LED用稀土发光材料的研究进展    张秋红;倪海勇;王灵利;肖方明;

琥珀色InGaN基多量子阱的制备及其性能表征    李毅;张荣;谢自力;刘斌;苏辉;傅德颐;赵红;华雪梅;韩平;施毅;郑有炓;

双层InGaN量子点中的上层量子点密度增大效应    吕文彬;汪莱;赵维;

InGaN量子点的MOVPE生长    赵维;汪莱;郝智彪;罗毅;

InGaN薄膜生长缺陷对发光性能的影响    李未;王岩国;韩培德;张泽;

掺硅InGaN和GaN的光学性质研究    康凌;刘宝林;

带电粒子的沟道效应研究    姚淑德;吴名枋;周生强;孙长春;孙昌;张亚伟;

Si衬底上带有AIN插入层的GaN薄膜的结构及应变研究    侯利娜;姚淑德;周生强;赵强;

InGaN/GaN量子阱结构的应变弛豫临界厚度、行为以及对物理性能的影响    李超荣;吕威;张泽;

三安：LED打造多彩生活    樊哲高 孙江

超高亮度LED应用日趋广泛    复旦大学教授 方志烈

关注超高亮度LED产业化    本报记者 梁红兵

白光LED引发照明技术革命    方志烈

LED显示屏发展历程30年回顾    

星和电机开发成功白色发光二级管    罗海

世强电讯提供高附加价值LED电子显示屏    

ZnO基光催化材料的制备及其性能研究    刘海瑞

InGaN太阳能电池的建模仿真与设计    申志辉

InGaN太阳能电池外延片的生长    贾文博

InGaN、InN及其异质结构材料生长与特性研究    陈珂

InGaN中相分离及其抑制的研究    郑江海

InGaN太阳能电池的数值分析与结构优化    王玮

MIS结构InGaN电流传输机制及金属纳米颗粒的自组装研究    邵振广

InGaN薄膜和InN薄膜的阴极荧光研究    张曌

半导体发光材料的光学特性表征及分析    郑大宇

p-i-n结构InGaN太阳电池材料与器件研究    侯耀伟

InGaN材料局域化复合特性及LED器件发光效率的研究    孟庆芳