Si δ掺杂提升InAs/GaAs量子点太阳电池性能

"本文研究了δ掺杂Si对InAs/GaAs量子点太阳电池性能的影响，通过在量子点生长过程中采用δ掺杂技术，实现了量子点光致发光强度的显著增强，并在量子点太阳电池中得到了应用，提高了电池的开路电压、填充因子和短路电流，从而提升了电池效率。" δ掺杂Si技术是一种在半导体材料中引入杂质原子的精细方法，通常用于调整材料的电荷载流子浓度和改善器件性能。在InAs/GaAs量子点系统中，Si作为n型杂质被掺入，其掺杂过程是在量子点自组装生长阶段完成的。δ层掺杂能够精确控制掺杂浓度，使得Si原子均匀地分布在量子点中。 InAs/GaAs量子点因其独特的能带结构，被广泛用于太阳能电池，尤其是光电器件中。Si掺杂的引入，主要目的是钝化量子点周围的非辐射复合中心，这些中心通常会导致光生载流子的快速复合，降低器件的效率。Si原子能够提供额外的电子，这些电子可以中和附近的陷阱态，减少非辐射复合，从而增强光致发光效率。 在InAs/GaAs量子点太阳电池中，δ掺杂Si的效果体现在以下几个方面： 1. 开路电压（Voc）的提高：由0.72V提升至0.86V，这表明Si掺杂有助于减少肖特基势垒中的复合，增强了电子和空穴的分离，使得电池能够在更高的电压下工作。 2. 填充因子（FF）的提升：从60.4%增加到73.2%，填充因子是衡量电池能量转换效率的重要参数，其增加意味着电池在不同工作条件下损失的能量减少，整体效率得以提升。 3. 短路电流（Jsc）的微增：从26.9mA/cm²提升到27.4mA/cm²，尽管变化不大，但表明更多的光子被吸收并转化为电流。 通过优化掺杂浓度，可以实现量子点太阳电池效率的显著提升，从11.7%提高到17.26%。这一结果对于量子点太阳电池的商业化进程具有重大意义，因为更高的效率意味着更低的制造成本和更好的经济效益。 此外，分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）是实现这种精细掺杂的关键技术。MBE允许精确控制材料生长和掺杂过程，确保了Si原子的准确位置和数量，这对于优化量子点的光电特性至关重要。 δ掺杂Si技术在InAs/GaAs量子点太阳电池中的应用，通过钝化非辐射复合中心，提高了电池的多项关键性能指标，为提高量子点太阳能电池的效率提供了新的策略。这一研究为未来量子点太阳能电池的设计和改进提供了理论基础和实验依据。