全光谱响应半导体复合薄膜的制备及光伏效应研究

多带隙太阳电池是在宽带隙半导体中引入一个或多个杂质能级（带），各带隙有不同宽度，因此对应不同波长的光吸收，可充分利用各波段太阳光，极大提高太阳电池光电转换效率。调研表明，全谱响应半导体复合膜通过量子阱形式构成，则具有三带隙或多带隙材料的特点。虽然常见II-VI族半导体薄膜已用来制作光伏器件，如CdTe太阳电池，但通过量子阱形式（多层复合薄膜）构成太阳电池还未见报道。因此，我们提出全光谱响应半导体复合薄膜太阳电池的概念，并进行相关实验研究，包括全光谱响应半导体复合薄膜的设计和制备；其亚层、周期数对结构、光电性质的影响；以及这种复合薄膜太阳电池的探索研究。通过本课题将获得若干具有自主知识产权，能够有效提高光电转换效率的多带隙材料，掌握全光谱响应半导体复合薄膜与其他半导体材料构成pin或pn异质结电池的结特性，以及准费米能级的空间分布状况，最终实现全谱吸收的高效太阳电池。

采用第三代太阳电池技术，太阳电池的光电转换效率会获得极大的提高，而成本将大大降低并极具竞争力。全谱响应半导体复合膜通过量子阱形式构成，具有三带隙或多带隙材料的特点。在本工作中，我们根据半导体材料的能带偏移设计和制备了两种类型的半导体多层复合薄膜，研究了其结构、光学、成分、电学等性质。观察到了持续光电导现象，这种现象产生的原因在于自建电场作用下，光生载流子在空间上有效地分离。在这种半导体多层复合薄膜中，出现了基于量子结构的隧穿效应。与此同时，还研究了半导体多层复合薄膜的界面性质、结特性和接触特性，以及基于半导体多层复合薄膜的太阳电池。结果表明，获得了界面清晰的多层结构，光谱效应的长波段得到有效扩展。在基金的支持下，该项目的实施将有助于提高第三代太阳电池的性能并最终实现全光谱相应的太阳电池。