全透明导电薄膜III-V太阳电池及抗辐照特性的研究

Due to the high efficiency and high radiation resistance, III-V multi-junction solar cells are highly demanded in photovoltaic power station and unmanned aerial vehicle. In general, bus-bar metal strips were used as the electrode structure in the traditional multi-junction solar cells, which introduce large area shadow loss and limit the improvement of solar cell performance. The target of this project is to develop a kind of transparent conducting film (ITO) to be used as the new electrode to replace bus-bar metals in the III-V compound solar cells to reduce the shadow loss and to increase the current extraction capability. A high carrier concentration of terrilium-doped N+-GaAs layer is used to form a high quality non-rectifying contact between Mo-containing ITO and N+-GaAs. The ITO film and antireflection structure is combined to realize a maximum light absorption. By studying and analyzing the radiation effects of pure ITO solar cell under different irradiation sources, the correlations between the ITO parameters and the radiation damage will be investigated. The results of this project will provide a powerful support for the application of ITO in space and flexible III-V solar cell, which has an important value in promoting the development of future new type optoelectronic devices.

III-V化合物半导体多结太阳电池由于其高效耐辐照在空间电源、无人机的能源供给领域有着巨大的需求。但是传统的多结电池多采用金属栅线状电极，遮蔽了电池表面的吸光面积，限制了电池效率的进一步提高。本项目针对全透明导电薄膜与III-V半导体之间欧姆接触的关键问题，通过Te高掺杂的n+-GaAs与含金属Mo的薄层ITO直接接触，实现极低的接触电阻；将全透明导电薄膜与抗反射膜相结合进行综合设计，最大程度地提高光吸收；利用全透明导电薄膜做电极代替传统的金属电极，增加光吸收和电流收集能力，从而提高电池效率；分析全透明导电薄膜电极对多结电池辐射效应的影响，获得ITO的参数与辐射损伤的相关性。本项目的顺利开展必将为ITO用于多结空间太阳电池以及柔性太阳电池提供重要基础和可靠的方案，对于促进未来先进光电子技术的开发具有显著的应用价值。

III-V化合物半导体多结太阳电池由于其高效耐辐照在空间电源、无人机的能源供给领域有着巨大的需求。但是传统的多结电池多采用金属栅线状电极，遮蔽了电池表面的吸光面积，限制了电池效率的进一步提高。本项目利用全透明导电薄膜做电极代替传统的金属电极，增加光吸收和电流收集能力，从而提高电池效率；针对全透明导电薄膜与III-V半导体之间欧姆接触的关键问题，通过Te高掺杂的n+-GaAs与含金属Mo的薄层ITO直接接触，实现极低的接触电阻；针对全透明导电薄膜的反射率略高的问题，将全透明导电薄膜与抗反射膜相结合进行综合设计，最大程度地提高光吸收；分析全透明导电薄膜电极对多结电池辐射效应的影响，获得ITO的参数与辐射损伤的相关性。.采用电子束阵法制备的ITO薄膜，在420°C条件下退火，ITO的最低的电阻率达到：2.32×10-4 Ω•cm。随着退火温度的增加，接触电阻先降低再增加。在480℃退火条件下，ITO与n-GaAs之间形成良好的欧姆接触，具有最低的接触电阻710-5 Ω·cm2。随着半导体掺杂浓度的增加，ITO与之接触的电阻降低。ITO与Te掺杂的n-GaAs的接触电阻可以低至2×10-5 Ω·cm2. .透光性与ITO薄膜的厚度有关，厚度越大透光性越差，但是导电性更好。ITO的光学性质与电学性质之间会互相牵制。退火可以改善ITO的透光率。退火后，100nm厚的ITO 透光率最高的课达到96%. ITO本身具有一定的反射率，但比多层抗反射膜的高，ITO结合多层抗反射膜可以有效减少反射率，提高太阳电池的光吸收。.高温生长的太阳电池比低温生长的电池效率高，主要原因在与载流子寿命更长。电池材料结构上，用10nm厚的Te掺杂的GaAs接触层代替传统电池300nm厚的Si掺杂GaAs接触，将纯ITO蒸镀到接触层表面制备纯ITO电极的太阳电池，简化了制备工艺，减少了成本。制备的ITO电极太阳电池具有良好的载流子收集能力和抗辐照能力。.ITO作为透明电极在光电器件领域具有广泛的应用范围和广阔的应用前景，本项目通过电子束辐照也证明了ITO的抗辐照性能，使得其有望应用在空间器件上。