题目：III-V族叠层电池特性研究

太阳能发电以其清洁无污染的特点势必成为未来电能的主要来源，而限制太阳能电池广泛应用的因素便是目前太阳能电池转换效率的低下和太阳能电池成本的偏高，因此如何提高太阳能电池的效率以及降低成本成为今后太阳能电池研究的重点。对单带隙太阳电池，限制电池效率的因素是：能量低于带隙的光子不能被有效吸收；能量远高于带隙的光子一般也只能激发出一个电子空穴对。提高电池效率就是要把不能被有效吸收的低能光子和能量远高于带隙的高能光子的能量充分利用起来。这是第三代太阳能光伏电池的主攻目标。III-V族化合物叠层太阳能电池正是具有超高转换效率的第三代新型太阳能电池。

本文首先结合理论基础，建立渐变缓冲层结构模型，对其电子寿命、空穴寿命、总的光生载流子等参数进行了模拟分析，得出渐变缓冲层的采用对载流子实际产生、收集等情况有着多方面的调制作用的结论，确定渐变缓冲层在太阳能电池中的构造区域和幅度。

其次对高效III-V族叠层太阳能电池结构设计的改进，具体包括以下三个方面：

（1）Ge底电池窗口层材料的选择、结构设计与成功实现，可有效降低界面复合速度，改善Ge底电池光谱响应。

（2）具有场助收集效应n+-n-/p--p+结构的设计与应用，可有效解决GaInP材料少子寿命较短、致使顶电池光电流较低的问题。引用量子点结构，改善子电池间电流的匹配，使电流密度 显著提高。

（3）隧穿结采用宽禁带材料AlGaAs/GaAs或AlGaAs/GaInP，同时降低厚度、提高浓度，可成功获得更高隧穿电流。

上述设计与方法在GaInP/(In)GaAs/Ge三结叠层太阳电池中的实施，可显著提高短路电流密度，电池的光电转换效率也相应提高。

最后运用AFORS-HET软件对电池进行整体仿真，验证了该三结叠层电池结构的合理性，为III-V族化合物叠层太阳能电池的研究和实际工程应用打下了良好的基础。