内嵌量子点三结(Al)GaInP/InGaAs/Ge太阳电池材料的MBE生长及器件相关问题研究

系统研究了Ge衬底上生长过程中不同生长参数对Ge衬底表面和GaInP外延材料表面的影响。结果表明生长前对Ge衬底进行高温预处理有利于降低GaInP外延层的表面粗糙度。同时，发现使用具有一定偏角的Ge衬底或对GaInP外延层进行硅掺杂，都会增加GaInP材料的无序度，使其禁带宽度增加，表面粗糙度减小，是由于III族原子扩散增强所导致；依据发光峰强度随温度的变化以及少子寿命随能量的变化趋势，认为有序GaInP材料中发光峰位置随温度升高呈现倒“S”型变化是由局域态发光峰与本征态发光峰之间的竞争所引起的，从而对移动发光峰的来源给出了合理的解释。研究了室温下Ge基GaInP光致发光中，1.4 eV左右宽发光峰的来源。利用拉曼光谱和变温光致发光研究了宽发光峰的行为。基于生长条件和掺Si对1.4 eV处发光峰强度的影响以及拉曼散射光谱中观察到Ge-Si峰，认为宽发光峰是由于高温生长过程中Ge原子外扩散而产生的[Ge(Ga,In)-Si(Ga,In)]和[Ge(Ga,In)-V(Ga,In)]络合物所引起的。. 利用MBE技术，基于层状加岛状生长模式获得尺寸分布均匀的无位错应变InAs/GaAs量子点，量子点密度为4×1010cm-2，横向尺寸40nm左右，高度为-10nm研究了内嵌量子点的GaAs电池的光伏特性。量子点的增加，导致了器件开路电压的降低。在一个太阳标准光谱下，三结电池效率达到了26.9%，短路电流开路电压2.45V，聚光下实现了38.5%的光电转换效率。. 突破生长温度低以及高饱和蒸汽压磷化物的MBE生长难题，首次实现了带隙能量为1.0 eV的四元化合物InGaAsP的稳定的高性能MBE生长，InGaAsP电池效率18.8%；基于键合工艺的四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs电池获得了较好的光电转换效率。