新型InGaN量子点太阳能电池制备及相关物理问题研究

当p-i-n型量子点电池的i层为量子点超晶格结构时，各量子阱的量子化能级通过势垒相互作用后展宽而形成微带，从而可以有效吸收三种不同能量的光子。理论计算表明，在一个标准太阳光谱条件下，该类型的量子点电池的理论光电转换效率可达46.7%，而在极限聚光条件下其理论效率更是高达63.2%。适当选择InxGa1-xN势垒层和InyGa1-yN量子点材料中的铟组分（0≤y＜x≤1），就能达到量子点电池理论最佳势垒/微带的带宽组合（非聚光2.36eV/0.9eV；聚光1.95eV/0.71eV），进而研制出高光电转换效率的InGaN量子点太阳能电池。通过本项目的实施，探讨量子点超晶格结构中光生载流子的输运机理，制备出高质量的InGaN量子点超晶格结构材料，并在此基础上研制出新型InGaN量子点太阳能电池原型器件，对于提高我国太阳能电池产业的竞争力、保障国家能源安全都具有极其重要的战略意义。

根据项目计划研究内容和研究目标，经过项目组成员三年的努力，圆满完成了项目计划研究任务。本项目探讨了量子点超晶格结构中光生载流子的输运机理，对多种不同结构In(Ga)N/In(Ga)N量子点太阳能电池结构进行了模拟和设计；对In(Ga)N量子点材料的MOCVD生长工艺和材料性能进行了研究，研制出了In(Ga)N量子点材料；并在此基础上，通过关键器件工艺的优化，研制出了新型InGaN量子点太阳能电池原型器件。通过该项目的实施，发表相关研究论文6篇，获得2项国家发明专利授权，培养研究生3名。所取得的成果对于探索发展新型高效太阳能电池具有一定的意义。