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本篇研究来自电子科技大学中山学院张小宾博士带领的课题组，文章主要研究了GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池的理论效率及其结构特征参数。基于不同的模型去分析中电池带隙对于三结电池的效率影响，同时分析中电池与顶电池的最佳设计厚度。

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文章介绍

Theoretical study on potential performance of lattice-matched monolithic GaNP/GaNAsP/Si triple-junction solar cell

Xiaobin Zhang(张小宾), Kaiwen Lin(林凯文), Hui Xie(谢辉) and Yuehui Wang(王悦辉)

通讯作者：

• 张小宾 电子科技大学中山学院

 

理论方法：

基于多结电池的串联电路特点，并根据子电池的二极管理想光照I-V特性给出三结电池的电压电流关系。同时根据单结子电池的扩散方程及边界条件给出其光生电流，结合反向饱和电流可根据三结电池的J-V关系求出最佳输出功率。最后基于标准光照AM1.5G光谱求出转换效率。在GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池中，基于不同的少子寿命和复合速率模型，改变中电池的带隙，同时改变中顶基本的基区厚度，计算三结电池的理论转换效率。

取得成果及重要性：

理论计算表明，当中顶电池的背表面复合速率为100 cm·s-1、基区少子寿命为10 ns时，GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池的最大理论效率为41.53%，对应的最佳中电池带隙为1.473 eV，顶电池和中电池的最佳基区厚度分别为1.2 μm和2.0 μm.

研究结果对于硅基III-V族化合物多结电池的理论分析及前期实验探索有着重要的参考价值。

研究背景：

传统的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池效率较高，但同时制造成本也远高于晶硅电池。为了降低多结电池的成本，可以考虑采用晶硅衬底来生长III-V族化合物。制备多结电池时为了降低材料缺陷密度一般需要采用与衬底晶格相匹配的材料，在采用稀氮掺入的III-V族化合物中，带隙为1.95eV的GaNP和带隙在1.4到1.7之间的GaNAsP材料与晶硅衬底晶格匹配。因此，基于硅衬底的GaNP/GaNAsP/Si三结太阳电池可以整体上保持晶格匹配降低缺陷密度，同时可保持较好的带隙组合，在提升三电池效率同时还可以降低成本。

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作者介绍

张小宾，讲师、博士。2010年7月毕业于中国科学院半导体研究所，获材料物理与化学专业博士学位。长期从事GaAs、GaN等化合物半导体材料与器件研究，在太阳电池、微波射频领域有着丰富的科研经验。主持中山市创新创业项目一项，作为项目主要参与人承担国家重点科技研发计划1项和中山市科技计划项目2项。从事科研工作至今，获得授权发明专利7项，发表论文10余篇，其中SCI收录4篇。

专业及研究方向：材料物理与化学，化合物半导体材料与器件研究。