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Delta掺杂II型InAs/GaAsSb量子点材料及高效中间能带太阳能电池研究

批准号:
62074143
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
杨涛
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨涛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
量子点中间能带太阳能电池是一种基于纳米技术和能带工程的新型高效电池,理论效率高达63.1%,是高效利用太阳能的新途径和可行方案,也是当前国际学术界的研究热点。受限于现有周期性叠层量子点材料的制备技术,量子点材料存在载流子寿命较短、光电转换效率较低等问题,性能无法满足高效太阳能电池的要求,成为制约器件性能的最重要因素。本项目基于先进的分子束外延技术,设计并采用Delta掺杂,解决II型InAs/GaAsSb量子点中间能带中电子浓度低的问题,同时修饰量子点能级结构,发展出长寿命、高转化效率的高质量中间能带太阳能电池核心材料。进一步,通过解决II型叠层InAs/GaAsSb量子点材料的可控生长及Delta掺杂II型InAs/GaAsSb量子点材料对器件载流子动力学过程的作用机理等关键科学问题,结合器件结构与工艺的优化,研制出高效中间能带太阳能电池,性能超过目前国际最好水平。
英文摘要
Intermediate-band solar cell (IBSC) is a novel high-efficiency device, with a theoretical efficiency of as high as 63.1%. The core of realizing high-efficiency IBSCs is the design and preparation of high-performance multi-layer quantum dot (QD) materials. Based on the advanced molecular beam epitaxy (MBE) technology, the project emphasizes on studying the Delta-doping InAs/GaAsSb QDs growth and relevant mechanism. By Delta-doping, the type-II InAs/GaAsSb IB with long carriers’ lifetime and high electron concentration will be realized, and the QD energy level structure will be modified to enhance the electron-hole interaction. Meanwhile, the design and fabrication of the IBSC based on the Delta-doping InAs/GaAsSb QD material will be investigated, revealing the effect mechanisms of the Delta-doping InAs/GaAsSb QD IB on the dynamics processes related to carrier generation, transport and collection, exploring new mechanisms for high-efficiency solar cells. By executing the project, the high-efficiency IBSC will be developed, and the theoretical basis and key technologies for developing the high-efficiency solar cells will be offered.
本项目详细研究了GaAsSb盖层对于量子点能级结构的影响,阐明了其载流子复合过程。通过优化量子点结构和生长参数,并利用Delta掺杂进一步改善量子点材料质量,获得了长载流子寿命、宽吸收谱的叠层InAs/GaAsSb量子点材料,其载流子寿命可长达32.4ns。所研制的高质量、长载流子寿命的量子点材料有效降低了载流子在量子点内部的复合损耗,提升了量子点太阳能电池的光电转换效率。进一步,通过量子点能级结构的调控,成功将量子点材料的吸收光谱从1100nm拓展至1300nm。并基于无掩膜电感耦合等离子体刻蚀技术,对量子点电池表面进行改性,增强了光吸收效率,最终研制出转换效率高达24.14%的量子点中间能带太阳能电池。此外,项目还对中间能带太阳能电池结构进行了理论研究,提出多中间能带太阳能电池结构,并基于细致平衡原理对其进行了效率仿真,结果表明电池效率可超过60%,为实现高效率量子点中间能带太阳能电池提供了一种新的途径。
Delta掺杂II型InAs/GaAsSb量子点材料及高效中间能带太阳能电池研究
CMOS工艺兼容的硅基高性能单模量子点激光器
  • 批准号:
    62035012
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    296万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    杨涛
  • 依托单位:
InP基2μm波段分布反馈量子阱激光器制备研究
  • 批准号:
    61574139
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    杨涛
  • 依托单位:
新型高效量子点中间能带太阳能电池材料及器件研究
  • 批准号:
    91433206
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    350.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    杨涛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金