叠层太阳能电池材料制备与界面研究

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1、中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年5月forTandemSolarCellByQiuminYangAThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofMaterialEngineeringInstituteofSemiconductors，ChineseAcademyofSciences5，2013独创性说明本人郑重声明

2、：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国科学院研究生院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解中科院半导体所有关保留、使用学位论文的规定，即：所内有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；所内可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循此规定)’签名：

3、——导师签名：日期：——摘要多结叠层太阳能电池因其高的光电转化效率而成为当前光伏领域的研究热点之一。II．VI族化合物半导体具有禁带宽度大，少子寿命长等优点，若将这类材料与III．V族材料等成熟的太阳能电池材料相结合，能够有效扩展多结太阳能电池的光谱响应，有望获得更高的转化效率。但这类新型电池的研究尚处在理论设计和初步实验的阶段，仍需要在II．VI材料生长优化、子电池制备、器件工艺等方面进行深入的研究。本论文的主要目的是研究II-VI族材料掺杂，以及界面处理对Ⅱ．Ⅵ族外延层和II-VI／III．V异质结的影响。主要包括ZnTe和CdSe的氮离子注入掺杂，ZnSe的原位

4、n型掺杂，同质缓冲层对GaAs上生长CdSe的影响，以及挡板开启顺序对ZnSe／GaAs异质结的影响。本论文获得的主要成果如下：1．通过对分子束外延(MBE)生长的ZnTe外延层进行N离子注入获得了P型ZnTe。随着注入后退火温度的升高，ZnTe晶格收缩，晶格损伤得到了部分修复。离子注入后再退火会使ZnTe表面出现白色羽毛状结构，该结构不是表面起伏，可用HCI溶液去除。对于退火5min的样品，载流子浓度随退火温度的升高而增大，而迁移率最高值和电阻率最低值均在450℃退火时获得。MBE生长中降低vI／n比，ZnTe中的空穴浓度增加而迁移率下降。此外，还制备了p-ZnTe

5、／n．GaAs，p-ZnTe／n．ZnSe／n．GaAs和p-ZnTe／n．CdSe／n．GaAs三类p-n结，均检测到了整流特性和光伏特性。2．研究了生长工艺、N离子注入及退火对CdSe外延层电学特性的影响。生长结束后在打开Se挡板的情况下降低衬底温度可获得高阻CdSe外延层。未离子注入的CdSe在高于350℃时退火，随着退火温度的升高或退火时间的增加，电子浓度增加，迁移率下降。离子注入的样品在250℃下退火即表现出弱n型，随着退火温度的升高或退火时间的增加，电子浓度下降，迁移率得到一定程度的提高。虽然离子注入能够部分补偿缺陷引入的电子，但还未能实现P型掺杂。3．以

6、ZnCl2为掺杂源，对ZnSe进行了原位n型掺杂。采用不同生长速率生长了两组掺杂样品，其中生长速率较慢的一组样品可以实现掺杂浓度从1017cm‘3到1019cmo的可控制备，且所使用的掺杂源温度较低，薄膜中电子的迁移率更高。4．在富Ga的GaAs衬底上生长ZnSe时，先打开Se挡板，表面即开始成核，可能叠层太阳能电池材料制备与界面研究为Ga2Se3；若先打开zn挡板，则表面不会成核，需打开Se挡板后才开始成核。先打开Zn挡板的样品晶体质量更高，n．ZnSe／p．GaAs结反向耐压特性更好；而先打开Se挡板的样品正向开启电压低，光伏特性较好。5．在GaAs衬底上选用不同

7、温度生长了CdSe同质缓冲层。随着缓冲层的生长温度由370℃下降到310℃，外延层的晶体质量逐步提高。采用340℃和370℃缓冲层的样品表面粗糙度均方根(蹦S)值约为2hill，而采用310℃缓冲层的样品RMS值下降到1．4nnl。插入370"(2缓冲层的n．CdSe／p．GaAs样品反向漏电流大。插入340"(2和310"C缓冲层的样品反向整流特性有所提高，而且后者由于晶体质量较高，正向电流增加更快。关键词：Ⅱ．VI族半导体，分子束外延，掺杂，界面IlAbslractInrecentyears，tandemsolarcellshaveattract