Si基GaAs材料制备技术及其在太阳电池中的应用

Si基GaAs太阳电池具有高效率、低成本、比功率高、散热性能好、机械强度高等优点而成为研究热点。但由于Si与GaAs材料晶格失配与热膨胀系数的差异，所以制备材料时易产生极高的位错密度，影响GaAs/Si太阳电池器件的性能。本项目利用MOCVD设备生长GaAs/Ge/GexSi1-x/Si太阳材料。重点研究外延缓冲层内优化渐变Ge组分的分布情况和如何有效降低螺旋位错的密度，将其密度控制在1E6每平方厘米以下，以有效降低光生载流子的复合中心；建立缓冲层内TDD与器件Voc、Isc之间定量函数关系；探明生长Si基GaAs太阳电池材料最佳制备工艺，以制备出光电转换效率较高的GaAs/Ge/GexSi1-x/Si太阳电池器件，为低成本高效率光伏发电技术在材料方面的基础研究和实际应用奠定基础。

将高效的GaAs电池与廉价的Si衬底集成是光伏技术走向大规模应用的可行途径。然而，由于Si 与GaAs 材料晶格失配与热膨胀系数的差异，GaAs/Si易产生极高的位错密度，严重影响GaAs/Si 太阳电池器件的性能。本项目利用MOCVD 设备生长GaAs/Ge/GexSi1-x/Si 太阳材料。通过研究外延缓冲层内优化渐变Ge 组分的分布情况和如何有效降低螺旋位错的密度，将其密度控制在1E6 每平方厘米以下，有效降低了光生载流子的复合中心；建立了缓冲层内TDD 与器件Voc、Isc之间定量函数关系；探明了生长Si 基GaAs 太阳电池材料最佳制备工艺，制备了光电转换效率较高的GaAs/Ge/GexSi1-x/Si 太阳电池器件。我们制备的Si基单节GaAs电池效率达到了17.8%，初步展现出了大规模实用化的潜力。通过本项目研究，为低成本高效率光伏发电技术在材料方面的基础研究和实际用开辟了一条新的道路。