题目：基于量子点的多结叠层太阳电池研究

鉴于太阳能发电清洁、环保、可持续的特点，其必将成为未来能源的中坚力量。但是目前实际太阳电池成品的转换效率低下，且成本居高不下，这严重阻碍了太阳电池的广泛应用。因此如何制造出低成本高效率的太阳电池成为近年来光伏领域研究的重点。众所周知，III-V族化合物叠层太阳电池是目前同结电池中转换效率最高的结构。III-V族材料以其以理想的电子特性，现已广泛应用于空间卫星及飞船上的能源动力。叠层电池的概念继提出以来，已得到了广泛的关注。通过加入层数来拓宽太阳光谱是增大转换效率的有效途径。本设计延续这种原理，在原GaInP/GaInAs/Ge三结结构的基础添加了一结掺入InAs量子点的GaAs子层，拓宽吸收光谱，以解决中电池电流限制的瓶颈问题。量子点这种低维纳米结构的引入是第三代光伏发电最热门的研究领域之一。本文首先对叠层电池及量子点中间带太阳电池的基本原理进行分析，并提出这种四结结构的整体设计，同时针对各子层研究的详细参数进行了讨论和设定，包括元素的掺杂比例，掺杂浓度，各子电池层的适宜厚度，隧穿结的选取及界面优化等。其次，采用基于完全耦合非线性方程的PC1D软件模拟分析了未掺入量子点前的叠层电池整体的量子效率、伏安特性曲线及转换效率等。再次，基于细致平衡原理和K-P模型研究了量子点中间带结构中量子点阵列的尺寸和间距对电池的影响，并在最后进行了模拟仿真分析。经过模拟仿真和理论计算的分析，验证了该四结叠层结构的合理性，理论上在未掺入量子点前时达到了33.9%的高能量转换效率，掺入量子点后效率达到了39.69%。可见量子点的加入为改善叠层电池的性能做出了贡献，为今后电池的理论研究和实际应用打下了良好的基础。