gaas光电特性的研究报告

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1、GaAs的光电特性及GaAs太阳能电池研究报告成都信息工程学院材料性能学作业材料物理092班游富摘要：(1)碑化铢是一种重要的半导体材料。属III—V族化合物半导体。化学式GaAs,分子量144.63,属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65X10-10m,熔点1237°C,禁带宽度1・4电子伏。碑化镣于1964年进入实用阶段。碑化镣可以制成电阻率比硅、错高3个数量级以上的半绝缘高阻材料，用来制作集成电路衬底、红外探测器、丫光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5~6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用坤化傢制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强

2、等优点。此外，还可以用于制作转移器件——体效应器件。碑化铢是半导体材料中，兼具多方面优点的材料，但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。虽然碑化镣具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比车父冏O(2)光电效应是指在光照照射后释放电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光电效应是光与材料的核外电子之间的相互作用。只有当入射光的频率高于材料的极限频率时，材料才会发射光电子，产生光电子。光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子。(2)GaAs光电阴极在进行CS2O激活前，激活层表面必须达到原子级洁净。最常用且

3、最有效的洁净方法是高温热淸洗法。然而，在热清洗过程中对处在真空系统中的光电阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。本文采用四极质谱仪对GaAs光电阴极激活前的热清洗过程进行分析，确定了最佳的热清洗温度及热清洗工艺，较好地解决了GaAs光电阴极激活前的热清洗工艺问题。(3)在众多的半导体材料中，碑化＜(GaAs)有较高的光吸收系数,其能带可以与太阳光谱有很好的匹配，且耐辐照性能强，工作温度范围宽，很适合制作太阳电池空间电源。单结碑化镣(GaAs)太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。若采用不同带隙宽度(Eg)的III—V族材料制备成多结碑化镣(GaAs)太阳电池，并按E

4、g大小由上至下迭合起来，使其分别选择性地吸收和转换太阳光谱的不同子域，则可大幅度提高太阳电池的光电转换效率。理论计算表明：取结、三结、四结GaAs太阳电池的极限效率分别为30%、38%、41%。关键词：光电效应光电阴极热清洗太阳能电池高效率多结叠层太阳电池前言：(1)光电效应历史•光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。•1887年，首先是赫兹(M.Hertz)在证明波动理论实验中首次发现的。当时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电花。•大约1900年，马克思•布兰科(MaxPlanck)对光电效应作出最初解释，

5、并引出了光具有的能量包裹式能量(quantised)这一理论。他给这一理论归咎成一个等式，也就是E二hf,E就是光所具有的“包裹式”能量，h是一个常数，统称布兰科常数(PIanck*sconstant),而f就是光源的频率。也就是说,光能的强弱是有其频率而决定的。但就是布兰科自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。•1902年，勒纳(Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释；•1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论，并导出

6、公式，Ek二hf-W,W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek呢就是电子自由后具有的势能。(2)GaAs光电阴极激活工艺中Cs20原子必须在原子级洁净的表面上才能被充分地沉积、吸附和键合成最佳Cs20层结构。为了达到理想的激活效果，必须尽可能去除激活层表面的污染物。若有其它杂质原子吸附在GaAs激活层表面，将导致功函数升高和灵敏度下降，特别是氧化铢、氧化碑、碳等对激活灵敏度影响最大。所以，激活GaAs光电阴极必须在10-9〜10-10Pa的真空环境中经过一定的处理才能达到。实验室研究和工业生产中一般采用高温热清洗法(热清洗温度为520〜600°C)来保证激活层表面清洁度。但真

7、空中温度的准确测量比较困难，实验室研究采用Auger等表面分析设备对热清洗效果进行分析评估，很难达到比较好的效果。本文采用四极质谱仪对热清洗过程进行分析，确定出理想的热清洗温度，获得了较好的光电阴极激活灵敏度。(2)自从1954年世界上首次发现碑化镣(GaAs)材料具有光伏效应，至今GaAs太阳电池的发展已经历了四十余年的历史。1956年，Loferski确立了太阳电池光电转换效率与材料禁带宽度(Eg)之间的关系，即Eg在1.4—1.6eV范围内的材料具有