GaAs纳米线生长与纳米阵列薄膜两结电池的模拟

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文培养单位：2013年04月TheGrowthofGaAsNanowiresandSimulationonNanowiresBy【ShaojiangBu】ADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofICondensedMatt

2、erPhysics】【HefeiInstitutesofPhysicalScience，ChineseAca2demyofSciences】April，2013学位论文原创性声明郑重声明：本人呈交的学位论文({GaAs纳米线生长与纳米阵N／薄膜两结电池的模拟》，是在导师的指导下，进行研究工作取得的成果。论文中所有数据、图片资料均真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有的著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确的方式标明。本学位论文的知

3、识产权归属于培养单位，本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。专兰召要本人签名：哇堕-p日期：矽f只哆3()致谢本论文是在我的导师王玉琦研究员的悉心指导下完成的。同时李新化副研究员以及文龙师兄在论文的写作和平时的实验生活中给予了我非常大的支持和鼓励。他们宽广的知识面，严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，在此衷心感谢三年来老师们对我的关心和指导。感谢实验室的史同飞副研究员，刘敏老师，马文霞老师，感谢他们在实验上和平时生活中的帮助和支持。感谢和我一起学习研究的同窗好友们，他们是郭浩民、赵志飞、曾雪松

4、、刘柱、金岳悦、赵玉峰、王文博，和他们一起讨论学>-Jjll实验中的问题使我拓宽了知识面。我要特别感谢我的父母和我的哥哥，感谢他们对我求学之路的莫大的支持。他们的期望与鼓励是我这么多年来努力学习科研的动力。最后，谨以此论文答谢所有关心过我、支持过我和帮助过我的人们。摘要大部分IⅡ．V化合物半导体材料具有直接带隙、优秀的光吸收系数以及抗辐射等特点，是制作高效率多结太阳能电池的首选材料。另外，纳米阵列拥有优秀的光吸收特征，成为制作太阳能电池的一种新型结构。综合考虑以上两方面，可以将外延于衬底的Ⅲ．V化合物半导体纳米阵列

5、制作成基于薄膜电池与纳米阵列电池结合的多结太阳能电池。因此本论文的主要工作有：1．用分子束外延MBE的方式在Si(111)衬底上通过VLS机制生长GaAs纳米线，通过调整实验条件：催化剂选择，生长温度，Ⅲ／V束流比等，可以得到形貌可控的垂直阵列GaAs纳米阵列；另外，还研究了GaAs纳米线在蓝宝石、单晶石英、非晶石英的生长情况。2．设计了基于硅衬底的GalnP纳米线阵列的两结太阳能电池。首先，通过优化纳米阵列的几何尺寸，来平衡硅衬底与GalnP纳米阵列的光吸收；然后，通过Detailedbalance理论，得到不同

6、几何尺寸下的电池的转换效率，并且褥到在纳米阵列顶部电池与硅底部电池光电流匹配的曲线上，此两结电池的效率可以维持在32％以上；最后，将优化的光学尺寸下的光产率导入电学结构，研究不同的表面复合速率以及体复合寿命对于电池外量子效率的影响，得到较好的两结电池的转换效率，从理论上证明了薄膜纳米阵列两结电池的可行性。关键词：纳米线、分子束外延、IⅡ．V半导体、多结太阳能电池、效率±里型兰堕奎兰堡主兰笪堡苎生堂!垫鲞垡竺兰兰竺鲞堕型!苎堕堕鱼皇些箜堡垫——．垒!!堡型AbStractDuetoitspropertyofdirec

7、tbandgap，excellentlightabsorptionandanti-radiation，mostoftheⅡI·Vmaterialisthebestchoiceformulti-junctionsolarcells．But．Recently,theIII-Vnanowires(NWS)mightbethebestcandidatesforsolarcell，duetotheirexcellentoptoelectroniccharacteristicsandthepossibilityofhetero

8、geneousintegrationofIII-Vmaterialsatnanometerscaleonlow．costsiliconsubstrate．Therefore，wecangiveakindofmulti-junctionsolarcellswithIH—Vnanowiresarray(NWA)onSithinfilm．Themainworkof