郑新和，夏 宇，刘三姐，王 瑾，侯彩霞，王乃明，卢建娅，李宝吉

(1.北京科技大学数理学院物理系，北京 100083;2.中国科学院纳米器件与应用重点实验室中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏苏州 215123)

1 引 言

多结叠层太阳电池是提升转换效率的行之有效的方法之一［1］。具有晶格匹配、不同带隙材料组成的GaInP/GaAs/Ge多结电池已成为实现高效率太阳能电池的一种重要手段［2］。理论计算表明，对于GaInP/GaAs/Ge三结电池来说，当在GaAs电池与Ge电池之间再增加一个带隙在1 eV左右的子电池将会进一步提高多结太阳能电池的效率［3］。而且，随着电池结数的增加，结电池的短路电流密度相应减小，对材料质量的要求随之减弱。因此，尽管GaInNAs材料的质量提升很困难，但是由于四元合金 Ga1－xInxNyAs1－y带隙可调控至1 eV且能与GaAs或Ge衬底实现晶格匹配(当x≈3y)，仍然成为研究多结太阳能电池的热门材料［4］。2011年4月，美国solar junction公司报道了在947个太阳下，转换效率高达44%的以1 eV带隙GaInNAs为子电池的高效三结GaInP/GaAs/GaInNAs电池，为当时世界上效率最高的聚光光伏电池［5］。接着该公司与英国IQE公司合作，在大尺寸衬底上制备的GaInNAs基多结太阳电池转换效率可达44.1%，前景非常可观。最近，相关的电池模块效率也有很大提升。虽然有关GaInNAs基的太阳电池的研究取得了连续突破，但有关高效多结GaInNAs基太阳电池的生长细节和退火处理仍处于保密中。

尽管理论上GaInNAs较适宜作为1 eV带隙子电池的材料，然而，众多研究发现，In和N共存于GaInNAs中会导致成分起伏和应变，并导致In团簇的产生以及与N元素有关的深能级复合中心-本征点缺陷等［6-7］，这些问题的存在使得高质量的GaInNAs基电池很难得到。……