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杂质带太阳能电池的研究 　　摘要:能源危机和环保的要求使得高效太阳能电池的研究成为各国科技工作者关注的焦点。杂质带太阳能电池由于具有简单的结构和理论上的高转换效率,也日益成为研究人员关注的重点。杂质带太阳能电池的成本优势使其具有广阔的发展前景。本文介绍了杂质掺杂太阳能电池的基本原理、发展历程以及应用前景。 　　关键词:杂质光伏效应;杂质带;太阳能电池 　　 　　Research on Impurity Band Photovoltaic Solar Cells 　　 　　Ma Zhihua, Xue Chunlai, Zuo Yuhua 　　(State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, 　　Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100083,China) 　　 　　Abstract: Facing the problem of environment and the crisis of energy resource, the researchers focus on the study of the high efficiency solar cell. With simple structure and high conversion efficiency in theory, impurity band solar cell attracts increasing attentions of researchers all over the world. Due to its simple and cost effective fabrication process, the impurity band solar cell could be widely used for cheaper solar cells in the future. In this paper, we introduce briefly its basic principle, review its recent development and propose its promising and important applications. 　　Keywords: impurity photovoltaic effect;impurity band;solar cell 　　 　　1引言 　　 　　由于传统的化石能源的消耗殆尽和其对环境带来的不良影响,人们急切需求一种对环境友好并且可持续利用的能源结构。新能源的开发将成为人类未来很长一段时间面临的主要挑战。太阳能由于其取之不竭、高效清洁等优点,已成为人类未来能源利用的重要对象之一。太阳能电池从其诞生之日到现在,已取得了蓬勃的发展,各种新结构、新材料的太阳能电池已成为新能源领域的研究热点,而提高太阳能电池的转换效率一直是贯穿太阳能电池研究的一条主线。如何获得低成本的高效太阳能电池则是太阳能电池研究的重中之重。上个世纪九十年代,太阳能电池之父,Martin A. Green[1]提出了第三代太阳能电池的概念,其中包括叠层太阳能电池、多载流子激发太阳能电池、热光伏技术和多带隙太阳能电池,这些新的电池结构都为提高电池的转换效率奠定了良好的基础。其中多带隙太阳能电池由于其高的理论转换效率、设计简单以及潜在的低成本优势使其成为了科学工作者研究的热点。 　　对于多带隙太阳能电池技术,最简单的就是中间带太阳能电池。1997年Luque和Marti[2]根据细致平衡理论(Detailed Balance)提出了中间带太阳能电池的物理模型。他们的计算结果表明,中间带太阳能电池的效率最高能够达到63.1%,高于单节太阳能电池的极限效率40.7%,也高于两节叠层太阳能电池的极限效率55.4%。在普通的太阳能电池的能带结构中产生一个中间带,实现的方法大致有三种[3],其一是利用能带剪裁或量子尺寸效应,利用多量子阱或多量子点来产生中间带,其二是采用适宜组份配置的半导体合金(如ZnTe:O、InGaAsN),其三就是利用杂质掺杂形成中间杂质能带。利用杂质掺杂形成中间杂质能带的办法相比其他方法,实现的方式相对简单,可以避免复杂的外延材料制备,这对太阳能电池的成本优势更有利,因而杂质带太阳能电池的研究在多带隙电池技术中具有重要的意义。 　　 　　2杂质带太阳能电池原理 　　 　　对于传统的太阳能电池材料,一般只存在相应的导带和价带,并没有中间能带。这就导致了一般的太阳能电池只能吸收太阳能光谱中大于电池材料禁带宽度的高能量光谱,对低于其禁带