的制备与特性研究新型 pn 结构的制备和特性研究

1.多层pn结与隧道结

光子能量与带隙越相近则其能量被吸收的效率越高，那么一种吸收阳光中更多光子的方法就是将具有不同带隙的多个pn结叠加起来。在电池的上表面放置带隙相对较大的材料，高能的光子在这层pn结上被吸收的效率较高。而下面逐层叠放的带隙较小乃至更小的pn结将更有效地吸收低能量光子。

图2-11是一个三层pn结，如上所述每层材料的带隙有所不同。但是这种结构会碰到一个问题，即尽管第一层pn结中的p区到n区是正向偏置的，而两个pn结之间的p区到n区却是反向偏置的，结果将产生不必要的电压降。幸运的是隧道结技术可以消除这一作用。隧道结利用了海森堡的不确定性原理和量子力学的隧道效应，使得粒子通过隧道穿越隧道结的势垒而能量没有任何损失。

理论上讲多层pn结的叠层电池可以获得很高的转换效率。需要注意的是这些pn结因为是串联的，所以在其应用环境的光谱特性中各pn结必须设计产生相同的电流。为大气层以外（AM0）应用设计的叠层电池转移到海平面（AM1.5）应用可能就不合适。

图2-11 三层pn结结构(https://www.xing528.com)

2.异质结

人们发现光子在接近电池表面被吸收时，由于电子空穴对所产生的位置距pn结超过一个扩散长度，这些电子空穴对的大多数因复合而损失了。这种现象可以采用所谓异质结（Heterojunctions）来加以克服。异质结是由晶格紧密匹配的两种材料组成的复合结，材料靠近电池表面部分的带隙大于接近pn结部分的带隙，高带隙表面部分对于低能量光子来说是透明的，于是这些光子可穿透到达带隙较低的pn结区域并在那里产生电子空穴对，这些电子空穴在复合之前可以被收集。采用异质结的有氧化铟锡-硅光伏电池、硫化亚铜-硫化镉光伏电池等。如果两种异质材料的晶格结构相似，界面处的晶格匹配较好，则称为异质面光伏电池。如砷化铝镓-砷化镓异质面光伏电池等。

3.肖特基结

用金属和半导体接触组成一个“肖特基势垒”的光伏电池，也叫做MS光伏电池。其原理是基于金属-半导体接触时在一定条件下可产生整流接触的肖特基效应。目前已发展成为金属-氧化物-半导体光伏电池，即MOS光伏电池；金属-绝缘体_-半导体光伏电池，即MIS光伏电池。如铂-硅肖特基光伏电池、铝-硅肖特基光伏电池等。