申请/专利权人：华东师范大学

申请日：2024-03-01

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN117995328A

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;H01L31/18;H01L31/0725;H01L31/0735;G06F30/20;G06F111/10

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.24#实质审查的生效;2024.05.07#公开

摘要：本发明公开了一种后异质结结构GaAs基多结电池的性能优化方法，包括采用数值模拟后异质结结构的方法，将获取的器件特性用于分析各参数对后异质结结构多结电池的影响，并对其进行优化，其特点是采用QTX.MESH和QTY.MESH语句对多结电池的隧道结区域设置特殊网格，使用非局部带对带隧道模型，以及包含隧道结区域非局部耦合的BBT.NLDERIVS模型进行物理参数模型的声明，通过电流匹配研究与隧道结研究对含后异质结结构子结的GaAs基多结电池进行优化，具体包括：网格初始化、材料和掺杂的设置、获取器件特性和性能优化等步骤。本发明与现有技术相比具有分析各种参数对后异质结结构GaAs基多结电池的影响，并对其进行优化，为探索高性能的后异质结结构GaAs基太阳电池提供模型基础及理论预测，在太阳能电池生产中具有指导性的意义和作用，以及良好的运用前景和商业价值。

主权项：1.一种后异质结结构GaAs基多结电池的性能优化方法，包括采用数值模拟后异质结结构的方法，对后异质结结构GaAs基多结电池进行表征，将获取的器件特性用于分析各参数对器件的影响，并对其进行优化，其特征在于，采用QTX.MESH和QTY.MESH语句对多结电池的隧道结区域设置特殊网格，使用非局部带对带隧道模型，以及包含隧道结区域非局部耦合的BBT.NLDERIVS模型进行物理参数模型的声明，通过电流匹配与隧道结对含后异质结结构子结的GaAs基多结电池进行优化，多结电池性能的优化具体包括下述步骤：步骤一：网格初始化在二维器件仿真器中对后异质结结构的电池进行网格初始化，使用meshauto语句划分网格，Y网格线的位置由REGION语句的参数自动确定，X方向上，以X=0.0与X=1.0为边界，网格间距为0.25，其隧道结区域使用QTX.MESH和QTY.MESH语句定义一个矩形区域，并在该区域设置特殊网格，所述特殊网格在X方向上的网格间距为0.25，Y方向上的网格间距为0.0001～0.0002，以捕捉高掺杂pn结附近电位的快速变化；步骤二：设置材料厚度、掺杂浓度所述后异质结结构GaAs基多结太阳电池包括：GaAs基双结电池和GaAs基三结电池，所述GaAs基双结电池以后异质结结构或常规结构GaInP子结为顶电池，后异质结结构或常规结构GaAs子结为底电池，各子结之间以隧道结连接；所述GaAs基三结电池以后异质结结构或常规结构GaInP子结为顶电池，后异质结结构或常规结构GaAs子结为中电池，InGaAs子结或Ge子结为底电池，各子结之间以隧道结连接；所述隧道结为p-GaAs-GaAs结或p-InGaAs-GaAs结，掺杂浓度为3E19-5E20；所述后异质结结构GaInP子结的窗口层为AlInP或AlInGaP介质层，其厚度为20～50nm，N型掺杂，掺杂浓度为1E18~5E18cm3；发射层为GaInP材料层，其厚度为800～1200nm，N型掺杂，掺杂浓度为3E17~8E17cm3，In元素所占比例为0.49；背场层为AlInGaP介质层，其厚度为50～120nm，P型掺杂，掺杂浓度为1E18~5E18cm3，In元素所占比例为0.49；所述发射层下或设GaInP基区，其厚度为0~100nm，P型掺杂，掺杂浓度为1E18~5E18cm3，In元素所占比例为0.49；所述后异质结结构GaAs子结的窗口层为AlInP或GaInP介质层，其厚度为20～50nm，N型掺杂，掺杂浓度为1E18cm3；发射层为GaAs材料，其厚度为1500～3500nm，N型掺杂，掺杂浓度为5E16~5E17cm3；背场层为InGaP或AlInGaP介质层，其厚度为20～120nm，P型掺杂，掺杂浓度为1E18~5E18cm3，In元素所占比例为0.49；所述发射层下或设GaAs基区，其厚度为0～500nm，P型掺杂，掺杂浓度为1E18~5E18cm3；步骤三：定义电极将后异质结器件的底部定义为阳极，顶部定义为阴极；步骤四：声明物理参数模型在数值模拟软件中声明物理参数模型描述物理过程，启用浓度依赖迁移率模型、Fermi-Dirac统计模型、能带变窄模型、光学复合模型、俄歇复合模型、Shockley-Read-Hall复合模型、非局部带对带隧道模型，以及BBT.NLDERIVS模型以包含隧道结区域的非局部耦合，所述BBT.NONLOCAL模型允许对简并掺杂pn结的正向和反向隧穿电流进行建模；所述隧道结区域在网格初始化部分定义；步骤五：设置材料参数、描述特性根据采用的模型设置材料参数和界面特性的描述，所述材料参数的设置是将各子结所包含材料的折射率及消光系数曲线读入进行光学仿真，并设置各层材料的affinity、eg300、permittivity、mun、mup、nc300、nv300参数；在发射层区域中，分别设置光学复合模型的光子产生复合系数COPT、Shockley-Read-Hall复合模型的SRH电子和空穴寿命，以及俄歇复合模型的俄歇复合系数AUGN、AUGP；步骤六：获取器件特性数值计算方法部分声明最大迭代次数为10次，对初始模型进行求解，得到器件带隙结构、电场分布和载流子产生复合率分布的结构特性，若器件结构特性、电学特性、光学特性符合太阳能电池基本特性则进入下一步骤的器件优化，否则返回步骤一加大网格密度，或返回步骤二调整发射区、基区的层厚度和掺杂浓度，或检查步骤四中的物理参数合理性及界面设置；步骤七：器件的性能优化从光电流曲线中提取短路电流密度、开路电压、最大功率、最大功率电压、最大功率电流、填充因子和光强度，并根据面积计算得出电池效率，若器件电学参数与设计模型参数匹配，完成后异质结结构GaAs基多结电池建模，或进一步的进行器件结构优化，否则返回步骤四进行物理参数、界面设置的调整，重新匹配，直至完成后异质结结构GaAs基多结电池建模。

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百度查询： 华东师范大学 一种后异质结结构GaAs基多结电池的性能优化方法

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