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摘 要

由于不可再生能源总有一天会消耗殆尽，寻求清洁环保、取之不尽用之不竭的新能源成了人们的迫切需要，太阳能电池的应用将有效的缓解能源危机。

本文通过对砷化镓系太阳能电池的结构演进过程的论述，分析了不同类型砷化镓太阳能电池的优缺点。同时简略介绍了半导体器件物理基础，解释了wxAMPS太阳能电池模拟软件的原理。文中利用wxAMPS软件对单结GaAs/Ge太阳能电池器件进行模拟仿真，探讨太阳能电池结构与效率之间关系。通过模拟GaAs/Ge太阳能电池不同材料厚度及掺杂浓度，证明当GaAs/Ge太阳能电池发射区厚度越薄，掺杂浓度为1x10¹⁷cm^-3，基区厚度为0.5um，掺杂浓度为5x10¹⁷cm^-3时，电池有最高转换效率。砷化镓单结电池最高光电转换效率高达25.67%。

关键词：太阳能电池 砷化镓 wxAMPS 模拟

Evolution and simulation of GaAs solar cell

ABSTRACT

Since the non-renewable energy will be used up one day, it has become an urgent need for people to seek a clean and environmentally friendly, inexhaustible new energy. The application of solar cells will effectively alleviate the energy crisis.

In this paper, the structural evolution process of GaAs solar cells is discussed, and the advantages and disadvantages of different types of GaAs solar cells are analyzed.At the same time, the physical basis of semiconductor devices is briefly introduced, and the principle of wxAMPS solar cell simulation software is explained.In this paper, the single-junction GaAs/Ge solar cell components are simulated by using wxAMPS software, and the relationship between the structure and efficiency of solar cells is discussed.By simulating the thickness and doping concentration of GaAs/Ge solar cells with different materials, it is proved that when the thickness of GaAs/Ge solar cells in the launching area is thinner, the doping concentration is 1x10¹⁷cm^-3, the base area thickness is 0.5um, and the doping concentration is 5x10¹⁷cm^-3, the battery has the highest conversion efficiency.The highest photoelectric conversion efficiency of GaAs single-junction battery is 25.67%.

Key Words ：Solar cell;GaAs;wxAMPS;Simulation

目 录

砷化镓系太阳能电池演进及模拟 2

摘 要 2

Evolution and simulation of GaAs solar cell 3

ABSTRACT 3

Key Words 3

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2砷化镓系太阳能电池的概述 1

1.3 论文结构 3

第二章 砷化镓系太阳能电池的结构发展 4

2.1 GaAs单结太阳能电池 4

2.1.1 GaAs/GaAs（衬底）同质太阳能电池 4

2.1.2 Al_xGa_1-xAs（窗口层）/GaAs异质太阳能电池 4

2.1.3 GaAs/Ge（衬底）异质太阳能电池 5

2.2 GaAs多结叠层太阳能电池 6

2.2.1 叠层太阳能电池原理 6

2.2.2 AlGaAs/GaAs叠层电池 7

2.2.3 GaInP/GaAs叠层电池 8

2.2.4 GaInP/GaAs/Ge三结叠层电池 8

2.2.5 InGaP/GaAs/GaInNAs/Ge四结叠层电池 9

2.2.6 GaAs/GaSb机械叠层电池 9

2.3 Ⅲ-Ⅴ族聚光太阳能电池 10

2.4 薄膜型Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池 10

2.5 GaAs基量子点太阳能电池 11

第三章 太阳能电池器件物理基础 12

3.1 半导体的光生伏特效应 12

3.2 太阳能电池中的复合理论 12

3.3 太阳能电池PN结的暗态特性 13

3.4 太阳能电池的光吸收 15

3.5 PN结的亮态特性 15

3.6 电学特性 16

3.6.1 太阳能电池的等效电路 16

3.6.2 I-V特性 17

第四章 GaAs/Ge衬底单结太阳能电池模拟 20

4.1 wxAMPS软件介绍 20

4.2 wxAMPS模拟软件使用 20

4.3 单结GaAs/Ge太阳能电池材料参数的模拟 21

4.3.1 P-GaAs发射区厚度影响 24

4.3.2 P-GaAs发射区载流子浓度影响 25

4.3.3 N-GaAs基区厚度影响 26

4.3.4 N-GaAs基区载流子浓度影响 27

第五章 总结与展望 29

5.1 总结 29

5.2 展望 29

参考文献 30

致 谢 33

第一章 绪论

1.1引言

由于不可再生能源如森林中的树木，地底的石油，总有一天会消耗殆尽，且人们目前对于能源的使用方式并不是科学有序的，很多时候丝毫不顾及可持续发展理念，导致了生态系统完整性的缺失，带来了沙尘暴、酸雨等自然灾害。故寻求清洁环保、取之不尽用之不竭的新能源成了人们的迫切需要，而太阳能则是目前最为理想的能源。虽然太阳能的使用方式多种多样，但目前最高效的使用方式是光伏技术。半导体通过光电效应，利用吸收的光子能量激发产生新的电子—空穴对，从而实现光能到电能的转变。

太阳能电池的应用已从航空领域进入地面家用领域，世界各国接连提出了一系列的光伏计划，旨在扩大太阳能在未来能源占比。

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