微晶 GaAs 阵列亚电池用于 Si 叠光电池
材料科学
2025-10-21 v1
摘要
本文报告了一种新兴结构——基于 epitaxy lateral overgrowth 技术制备的 GaAs 纳米晶硅叠光电池的光学与电子数值模型。该技术允许无缺陷材料生长，通过在硅表面 SiO2 层上创建核点并初始化纳米尺度种子实现，应力能量保持在 Matthews-Blakeslee 应力松弛限值以下，从而在无材料缺陷条件下生长 AlxGaAs 微晶体。本文聚焦于纳米晶体在硅基多junction 光电池中的光学与电学建模，以及用于设计 AlxGaAs/Si 双极性叠光电池的工艺，其中吸收层的组成范围为 x=0 至 x=30%。我们构建了二维的完整结构模型，包含与隧道结相连的 Al xGaAs 高带隙亚电池与低带隙 Si 电池。模型构建过程强调具有非平坦 pn 结的 AlxGaAs 晶体，重点考察了该晶格中微米尺度 AlGaAs crystals 的光学特性，尤其是表面纹理产生的光捕获效应。针对相邻 AlxGaAs crystals 在 (111) Si 表面具有不同晶向导致的聚合问题，本文分析了表面覆盖率问题。由于相邻晶体的聚合会在界面产生致命缺陷，部分高能光子仍直接穿透 AlxGaAs 进入 Si 电池，导致光生载流子热化至硅带隙，造成效率损失。最后，我们讨论了 AlxGaAs 与 Si 亚电池之间的界面，强调通过合理设计的 SiO2 缓冲层实现纳米种子和隧道电流的高效传输。本工作为评估 AlxGaAs 纳米晶生长在 Si 上的光捕获潜力、包括隧道结的 GaAs-Si 双极性电池性能，以及作为高带隙亚电池的 AlxGaAs 微晶阵列的高效设计提供了理论框架与设计准则。
引用
@article{arxiv.2510.17254,
title = {Micro-crystal GaAs array sub-cells for Si tandem solar cells},
author = {James P. Connolly and Ahmed Nejim and Alexandre Jaffré and J Alvarez and Kleider J. P. and Denis Mencaraglia and Laurie Dentz and Geraldine Hallais and Frédéric Hamouda and Laetitia Vincent and Daniel Bouchier and Charles Renard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.17254},
year = {2025}
}