文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
III-V族GaAs基半导体太阳能电池的模拟研究
姓名:熊衍凯
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:陈长清
2011-01-04
摘要
太阳能作为一种新型能源,既易于获得又环保,其对于解决目前的环境和能源
问题都具有十分重要的意义。其中,III-V 族 GaAs 基叠层结构的太阳能电池由于高
效(理论上结数越多转换效率越高,甚至可达 50%)而备受关注。
本文在简要叙述太阳能电池的研究背景和发展方向之后,简要介绍了其工作原
理、光学及电学方面的特性,对模拟软件 Crosslight APSYS 的使用步骤及电池模拟
用到的方程组和模型也给予了简要的介绍。然后,利用软件 Crosslight APSYS 自带
的模型对 GaAs 电池的电学性能和效率进行模拟研究。
首先,详细给出了单结 GaAs 太阳能电池的模拟优化过程,在一定范围内,通
过改动电池每层层厚、掺杂浓度及材料组分来分析这些参数对电池开路电压 Voc、
短路电流密度 Jsc 和效率 Eff 的影响,将所得最佳值重新组合以及分析之后,对参数
进行再次调整:主要将背散层和缓冲层的掺杂浓度调到了 1×1018cm-3(实际工艺水
平)。最终获得单结 %的光电转换效率(相对于初始结构提高了 11%,量子效
率达 90%),达到提高单结电池效率的优化目的。除此之外,还研究了 GaInP 和
AlGaAs 材料之间,哪种更适合作为单结 GaAs 电池的背散层和窗口层材料,结果表
明两者均适合。
其次,在对双结 InGaP/GaAs 电池进行简单介绍之后,便在初始电池结构基础
之上对其结构参数进行优化:一方面,提高双结电池整体的掺杂水平;另一方面,
将帽子层厚度从减至 ,掺杂浓度增加一个量级。通过这两方面改进,
电池效率可大幅提高至 %(初始结构效率为 %),从而达到提升双结电
池效率的目的。在本文最后,对以上工作进行了总结。

关键词: 太阳能电池 Crosslight APSYS 模拟单结 GaAs 双结
InGaP/GaAs
I
ABSTRACT
As a new type of energy source, solar power is environmentally friendly and can be
easily obtained. It is very important for people to solve the energy shortage crisis and
derived environmental problems. Up to now, due to the high efficiency of GaAs solar cell
(with regards to the conversion efficiency, the more the number of junctions is, the higher
the efficiency, even up to 50% has been expected in theory), it has been paid more
attention.
After briefly describing the research background and development of GaAs solar
cell, its work principle, optical and electrical characteristics are then introduced. Besides,
the usage of simulation software Crosslight APSYS, some relevant equations and models
are also given in a short introduction. By utilizing software Crosslight APSYS to
simulate the electrical properties and conversion efficiency of GaAs solar cell, a detailed
analysis of the result is provided.
Firstly, this thesis provides a detailed simulation process of GaAs single junction
solar