发光学报, 2015, 36 (8): 923, 网络出版: 2015-08-25   

GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性

MBE Growth of GaNAs-based Superlattice Solar Cells and Device Properties
作者单位
1 北京科技大学数理学院 物理系, 北京100083
2 中国科学院纳米器件与应用重点实验室 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州215123
摘要
采用分子束外延(MBE)生长技术生长了周期厚度不同的1 eV吸收带边的GaN0.03As0.97/In0.09Ga0.91As应变补偿短周期超晶格(SPSL)。高分辨率X射线衍射(HRXRD)测量结果显示,当周期厚度从6 nm增加到20 nm时,超晶格的结晶质量明显改善。然而,当周期厚度继续增加时,超晶格品质劣化。对超晶格周期良好的样品通过退火优化,获得了具有低温光致发光现象的高含N量GaNAs/InGaAs超晶格,吸收带边位于1 eV附近。使用10个周期的GaNAs/InGaAs超晶格(10 nm/10 nm)和GaAs组成的p-i-n太阳电池的短路电流达到10.23 mA/cm2。经聚光测试获得的饱和电流密度、二极管理想因子与由电池暗态电流-电压曲线得到的结果一致。
Abstract
Period thickness-dependent GaNAs/InGaAs short-period superlattice and solar cells with an absorption edge of around 1 eV were grown by MBE. High-resolution X-ray diffraction (HRXRD) measurements indicate that the crystalline quality of SPSL is improved while the period thickness increases from 6 nm to 20 nm. However, when the period further rises, the period repeatability and interface quality of SPSL degrade. By using a proper thickness and optimization of thermal annealing, good optical properties of SPSL with higher N content in the superlattice are achieved. The samples show an absorption edge of around 1 eV. The p-i-n solar cell using the optimized SPSL as the active region was fabricated. The short-circuit current density of the device reaches 10.23 mA/cm2. The ideality factor extrapolated by concentrator test of the p-i-n soalr cells is in good agreement with that of J-V curves under darkness.

郑新和, 夏宇, 刘三姐, 王瑾, 侯彩霞, 王乃明, 卢建娅, 李宝吉. GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性[J]. 发光学报, 2015, 36(8): 923. ZHENG Xin-he, XIA Yu, LIU San-jie, WANG Jin, HOU Cai-xia, WANG Nai-ming, LU Jian-ya, LI Bao-ji. MBE Growth of GaNAs-based Superlattice Solar Cells and Device Properties[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2015, 36(8): 923.

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