1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏 苏州 215123
利用衬底剥离和临时键合技术制备了倒置GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳电池并研究了其可靠性。通过温度为85 ℃、相对湿度为85%环境下的可靠性测试发现，当湿热实验进行至144 h时三结电池的初始光电转换效率从31.86%急剧下降到了24.84%。随着实验时间的继续增加，太阳电池性能相对稳定。外量子效率和电致发光光谱测试结果表明，三结电池性能的退化主要来自GaInP顶电池。在高温、高湿环境下，AlInP窗口层中元素含量分布发生变化，导致材料对340~480 nm波段的反射率提高，此外高含量Al元素的聚集导致顶电池缺陷密度增加，引起GaInP顶电池载流子收集效率下降，从而限制了三结太阳电池的整体性能。二次离子质谱的结果也直观地证明了这种现象。该研究结果证明了AlInP窗口层对多结太阳电池环境稳定性有重要影响。
材料 光伏 GaAs太阳电池 可靠性 湿热实验 AlInP窗口层 光学学报
2022, 42(20): 2016001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Science, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
2 Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China
3 School of Materials Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
A monolithic integrated ultraviolet-infrared (UV-IR) dual-color photodetector based on graphene/GaN heterojunction was fabricated by vertically integrating a GaN nanowire array on a silicon substrate with monolayer graphene. The device detects UV and IR lights by different mechanisms. The UV detection is accomplished by the forbidden band absorption of GaN, and the IR detection is realized by the free electron absorption of graphene. At peak wavelengths of 360 nm and 1540 nm, the detector has responsivities up to 6.93 A/W and 0.11 A/W, detection efficiencies of 1.23 × 1012 cm·Hz1/2 ·W-1 and 1.88 × 1010 cm·Hz1/2 ·W-1, respectively, and a short response time of less than 3 ms.
UV-IR dual-color photodetector heterojunction GaN nanowire array graphene Chinese Optics Letters
2020, 18(11): 112501
1 中国科学技术大学纳米仿生学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室,江苏 苏州 215123
3 贵州大学大数据与信息工程学院,贵州 贵阳 550025
利用Zn扩散方法制备了倍增层厚度为1.5,1.0,0.8 μm的In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管(APDs),研究了该器件特性。随着倍增层厚度的增加,器件的贯穿电压和击穿电压均呈现增大趋势。基于Silvaco模拟计算了APD器件的倍增层厚度对电场强度、电流特性、击穿电压与贯穿电压的影响规律,结果表明,随着倍增层厚度的增加,倍增层内电场强度减小,贯穿电压和击穿电压同时增大,与实验结果吻合。进一步研究发现,当倍增层的厚度小于0.8 μm时,击穿电压随着倍增层厚度的增加会先减小后增大,贯穿电压则会单调增大。
光学学报
2020, 40(18): 1804001
1 中国科学院 特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室,中国科学院 新疆理化技术研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 新疆大学 物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
4 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
为研究键合四结太阳电池中In0.53Ga0.47As子电池在高注量电子辐照下的性能退化规律与机制, 对In0.53Ga0.47As单结太阳电池进行了高注量1 MeV电子辐照试验, 并结合等效位移损伤剂量理论和数值拟合方法对电池性能的退化进行了分析讨论。结果表明, 在1 MeV电子辐照下, 非电离能损(NIEL)值在电池活性区内随着电子入射深度的增加不断增大; 开路电压Voc、短路电流Isc等重要I-V特性参数随着辐照注量的增加均发生了不同程度的退化, 注量达到6×1016 e/cm2时, 电池光电转化效率为零, 电池失效。光谱响应方面, 注量小于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度明显比短波区域严重; 注量大于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度与短波区域基本相同。辐照位移损伤引起的光生少数载流子扩散长度减小和载流子去除效应是导致电池性能退化的主要原因。
InGaAs单结太阳电池 高注量电子 位移损伤 载流子寿命 载流子去除效应 InGaAs single junction solar cell high fluence electron displacement damage carrier lifetime carrier removal effect
1 贵州大学 大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
通过分子束外延生长和开管式Zn扩散方法, 制备了低暗电流、宽响应范围的In0.53Ga0.47As/InP雪崩光电二极管.在0.95倍雪崩击穿电压下, 器件暗电流小于10 nA; -5 V偏压下电容密度低至1.43×10-8 F/cm2.在1 310 nm红外光照及30 V反向偏置电压下, 雪崩光电二极管器件的响应范围为50 nW~20 mW, 响应度达到1.13 A/W.得到了电荷层掺杂浓度、倍增区厚度结构参数与击穿电压和贯穿电压的关系: 随着电荷层电荷密度的增加, 器件贯穿电压线性增加, 而击穿电压线性降低; 电荷层电荷面密度为4.8×1012 cm-2时, 随着倍增层厚度的增加, 贯穿电压线性增加, 击穿电压增加.通过对器件结构优化, 雪崩光电二极管探测器实现25 V的贯穿电压和57 V的击穿电压, 且具有低暗电流和宽响应范围等特性.
雪崩光电二极管 低暗电流 宽响应范围 分子束外延 Zn扩散 Avalanche photodiode Low dark current Wide-range response Molecular beam epitaxy Zn diffusion
1 南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室, 江苏 南通 226019
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
介绍了GaAs基太阳能电池的原理、等效电路及性能参数，基于集成电路工艺与器件计算机辅助工艺设计（TCAD）仿真工具，设计了背场分别为InAlGaP和InAlP的两种GaAs基太阳能电池，并对其结构和性能进行仿真。同时，通过分子束外延（MBE）设备制备了这两种太阳能电池，并测试了其伏安（IV）特性。在考虑并联电阻和串联电阻对太阳能电池伏安特性的实际影响后，仿真结果与实验结果基本一致。重掺杂（原子浓度为2×1018 cm-3）的InAlGaP作为GaAs太阳能电池背场时，伏安特性曲线是典型的太阳能电池的伏安特性。重掺杂（原子浓度为2×1018 cm-3）的InAlP作为GaAs太阳能电池背场时，伏安特性曲线呈现“S”形变化。分析结果表明，背场与基层形成漂移场，加速了光生少子在电池中的输运，提高了光生电流，同时，背场将光生少子反射回有源区，降低了背表面的复合概率。当InAlP作为背场时，由于异质结的存在，影响了载流子的运输，在较小的偏压下，载流子主要通过隧道效应越过势垒，在较大的偏压下，载流子主要通过热电子发射越过势垒，因此伏安特性曲线呈现“S”形变化。
光学器件 太阳能电池 砷化镓 背场
1 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 中国科学院纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
3 上海空间电源研究所 光伏研究中心, 上海 200245
对柔性GaAs基太阳电池的制备方法进行研究, 报道了一种用于制备柔性倒置生长的AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的剥离和转移方法——金属背支撑选择性湿法刻蚀技术。在GaAs/GaInP选择性腐蚀的基础上进行了GaAs衬底层的腐蚀, 研究了不同类型和体积比的溶液对GaAs/GaInP/AlInP结构腐蚀的选择特性, 最终选用不同配比的H2SO4-H2O2系腐蚀液, 获得快速、可控制、重复性好的去除衬底的两步腐蚀法。原子力显微镜测试结果表明, 通过此方法能够成功地将电池外延层薄膜转移到Cu衬底上, 并且在剥离和转移过程中外延层薄膜没有受到损伤。柔性AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的开路电压超过3.4V。
太阳电池 柔性薄膜 湿法腐蚀 重量比功率 AlGaInP/AlGaAs/GaAs AlGaInP/AlGaAs/GaAs solar cell flexible film wet etching power-to-weight ratio
1 中国人民武装警察部队学院 基础部, 河北 廊坊 065000
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件及相关材料研究部, 江苏 苏州 215123
利用全固态分子束外延(MBE)方法在Ge(100)衬底上异质外延GaAs薄膜,并通过高能电子衍射(RHEED)、高分辨X射线衍射(XRD),原子力显微镜等手段研究了不同生长参数对外延层的影响.RHEED显示在较高的生长温度或较低的生长速率下,低温GaAs成核层呈现层状生长模式.同时降低生长温度和生长速率会使GaAs薄膜的XRD摇摆曲线半高宽(FWHM)减小,并降低外延层表面的粗糙度,这主要是由于衬底和外延薄膜之间的晶格失配度减小的结果.
分子束外延(MBE) 异质外延 molecular beam epitaxy(MBE) GaAs/Ge GaAs/Ge heteroepitaxial growth
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710054
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件重点实验室, 江苏 苏州 215125
采用MOCVD生长技术在InP衬底上成功实现了晶格失配的3 μm In0.68Ga0.32As薄膜生长.通过As组分的改变, 利用张应变和压应变交替补偿的InAsxP1-x应变缓冲层结构来释放由于晶格失配所产生的应力, 在InP衬底上得到了与In0.68Ga0.32As晶格匹配的InAsxP1-x“虚拟”衬底, 通过对缓冲层厚度的优化, 使应力能够在“虚拟”衬底上完全豫弛.通过原子力显微镜(AFM)、高分辨XRD、透射电镜(TEM)和光致发光(PL)等测试分析表明, 这种释放应力的方法能够有效提高In0.68Ga0.32As外延层的晶体质量.
应力释放 In0.68Ga0.32As In0.68Ga0.32As strain relaxation InAsxP1-x InAsxP1-x
