马大燕 陈诺夫付蕊 刘虎2) 白一鸣 弭辙 陈吉堃

1)(华北电力大学可再生能源学院,北京 102206)

2)(石家庄铁道大学数理系,石家庄 050041)

3)(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)

晶格失配对GaInP/InxGa1-xAs/InyGa∗1-yAs倒装三结太阳电池性能影响的分析

马大燕1)陈诺夫1)†付蕊1)刘虎1)2)白一鸣1)弭辙1)陈吉堃3)‡

1)(华北电力大学可再生能源学院,北京 102206)

2)(石家庄铁道大学数理系,石家庄 050041)

3)(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)

(2016年8月30日收到;2016年10月25日收到修改稿)

传统GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池因受其带隙组合的限制,转换效率再提升空间不大.倒装结构三结太阳电池因其更优的带隙组合期望可以得到更高的效率.基于细致平衡原理,结合P-N结形成机理,应用MATLAB语言对双晶格失配GaInP(1.90 eV)/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装结构三结太阳电池底、中电池的不同带隙组合进行模拟优化.模拟结果表明在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,禁带宽度组合为1.90/1.38/0.94 eV的带隙最优,综合材料成本与试验条件,当顶、中电池最优厚度组合为4µm和3.2µm时理论转化效率高达51.22%,此时两个异质结的晶格失配度分别为0.17%和2.36%.忽略渐变缓冲层生长后底电池位错的影响,通过计算0.17%的晶格失配引入1.70×105cm-2的插入位错密度,对比单晶格失配GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池光电转化效率仍提高了0.3%.

双晶格失配,倒装结构,三结太阳电池,位错

1 引 言

III-V太阳电池因其较高的转化效率,良好的耐辐射性能及温度特性等优势,已经成为近几年光伏领域研究的热点.经过十几年的发展,GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池的量产化最高转化效率为41.6%(AM1.5D,364 suns)[1],由于带隙的限制,转化效率再上升的空间不大.而倒装多结太阳电池因为其可以更合理地分配太阳光谱,减少热能损失,提高开路电压,期望可以得到更高的转化效率.目前,倒装结构太阳电池最高转化效率由NREL(National Renewable Energy Laboratory)生产的GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs四结电池提供,转化效率高达45.7%(AM1.5D,234 suns)[2,3],只比Fraunhofer ISE(Institute for Solar Energy Systerm)实验室生产的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结键合太阳电池46.0%(AM1.5D,508 suns)[4,5]的多结太阳电池的最高效率低0.3%.2013年,日本Sharp公司通过优化InGaAs的化合物组分,生产的电池芯片面积仅为0.165 cm2的小面积GaInP/GaAs/InGaAs(1.0 eV)倒装三结太阳电池,光电转化效率为44.4%(AM1.5D,302 suns)[6],这也是迄今为止三结太阳电池聚光条件下的最高效率.

实践证明,GaInP/GaAs/InGaAs(1.0 eV)倒装结构太阳电池由于能实现更好的电流匹配,已成为国内外近几年三结太阳电池研究的热点.而对于双晶格失配GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池国内外的相关报道较少.仅Geisz等[7,8]在2008年对底、中电池禁带宽度组合为0.89 eV和1.34 eV均与GaAs衬底失配的双失配倒装三结太阳电池的报道,且进行理论计算时假设光子能量100%被吸收,这与实际情况也存在很大误差.对于双失配GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池除因其次生长的中电池与首先生长的GaInP顶电池存在晶格失配外,与最后生长的底电池也存在晶格失配,故此时评价失配位错对电池光电性能的影响尤为重要.本文基于细致平衡原理的基本方程式出发,应用MATLAB语言对GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池底、中电池的禁带宽度以及各子电池的厚度进行模拟优化,使各子电池的电流密度更加匹配,同时分析位错密度的影响.位错作为少子的复合中心,会降低少子的寿命进而影响其扩散长度,这样我们就建立起位错密度和电池的光电转化效率之间的关系,来指导倒装结构电池体系的生产.

2 方 法

为了尽量避免大失配InxGa1-xAs底电池的缺陷延伸至中、顶电池,电池在外延过程中进行倒装生长,即优先生长晶格匹配度较高的顶电池和中电池,最后生长InxGa1-xAs底电池,实现倒装结构电池的制备,具体器件结构如图1所示.

实验采用AM1.5D光谱,500倍聚光(500 suns),温度设为300 K.参照文献[9]建立的计算模型,假设各子电池N型区厚度为0.1µm,均匀掺杂,发射极施主掺杂浓度Nd=2×1018cm-3,基区受主掺杂浓度Na=1×1017cm-3.各子电池P型区厚度设为可调节,以便我们更好地进行电池结构优化.计算中我们还要做如下假设：1)没有串联电阻损失和理想的隧穿结;2)材料表面没有反射损失;3)光子吸收从300 nm处开始计算.

在不考虑二极管影响因子和串联电阻的影响,作为理想的太阳电池,其伏安特性方程可表示为

其中,q为电子电量;kB为玻尔兹曼常数;T为绝对温度;Jsc,i,Jo,i(i=1,2,3)分别表示电池正装后第i结电池的短路电流密度和暗电流密度.

图1 GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装结构三结太阳电池器件参数模型Fig.1.Device parameters for model of the GaInP/GaInAs/Ge triple junction(3J)solar cell in an inverted structure.

各子电池的短路电流密度Jsc可通过下式求得

其中,QE为电池的外量子效率,本文所建立的计算模型考虑的是实际情况下的量子效率,考虑材料吸收系数、少子扩散长度、寿命,表面复合速度等因素的影响,具体计算方程参照文献[10].Φinc(λ)为电池入射光谱某一特定波长处的光子通量密度,对于顶电池的入射光Φinc(λ)就是太阳光Φs,下面各子电池的入射光应是经过上面电池滤光后的部分,则第m结子电池的入射光为

其中,αi(i=1,2,3)为第i结子电池的吸收系数,为揭示各子电池对光的吸收限随带隙的变化情况,模型中各子电池吸收系数参照Kurtz等[11]在靠近吸收限附近拟合较好的以带隙Eg为变量的表达式;ti(i=1,2,3)为第i结子电池的厚度,ti设计为可调整,通过调节各子电池的厚度来匹配各子电池的短路电流密度,节约成本,提高电池光电转化效率.

QE(λ)描述的是太阳电池在某特定波长上每秒钟产生载流子数与入射光子数之比,为太阳电池性能优劣的表征,其可以很好地反映出电池对于太阳光谱的利用程度.本文主要参考Shockley关于P-N结的理论模型来解决光生载流子的复合、吸收与扩散.这样模型建立中要知道的参数包括发射区、基区的少子寿命τn,p,空穴、电子在发射区、基区的扩散长度Ln,p、扩散系数Dn,p,表面复合速度Sn,p,它们彼此之间的关系如下：

其中,kB为玻尔兹曼常数;T为绝对温度;µn,p为空穴(电子)在发射区(基区)的迁移率,各子电池的经验值参照文献[12,13].

本文主要目的是讨论失配位错对倒装结构太阳电池性能的影响.一般来讲,生长合适的缓冲层是一种降低缺陷的手段.虽然其次生长的InxGa1-xAs中、底电池与衬底GaAs的失配应力可以通过在缓冲层形成一定的失配位错来缓解,然而穿透位错仍存在于电池的核心区域里,扮演着少数载流子复合中心的角色,主要表现为电池位错密度越大,缺陷越多.位错密度的存在主要影响少数载流子寿命τ,它主要受三部分影响,辐射复合、俄歇复合和位错引起的复合,即

其中,τrad,τAug,τSRH分别是辐射复合、俄歇复合和位错引起的复合对少子寿命的影响.τrad,τAug分别只受辐射复合系数Brad、俄歇复合系数BAug和发射区或基区的掺杂浓度N的影响,对于τSRH,Yamaguchi等[14]通过假设穿透位错均匀分布在电池体系中,通过求解少数载流子的位错传输的一维连续性方程得到.Td是位错密度,这也是本文重点考虑的因子,参照文献建立的方程式,就得到了位错密度Td和理论光电转化效率η之间的关系式.模型中各参数的详细数据见表1.

表1 模型中分别用到的GaInP,InxGa1-xAs和InyGa1-yAs各子电池材料的相关参数Tabel 1.Material parameters used for simulating GaInP,InxGa1-xAs and InyGa1-yAs subcells,respectively.

3 结果与讨论

3.1 电池结构优化

如图2所示,在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,假设顶、中、底电池为无穷厚时,电池理论转化效率和底、中电池禁带宽度之间的关系.带隙组合为1.90/1.42/0.99 eV(图中B点)理论转化效率为48.38%,此时电池结构为GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As.此时顶电池GaInP(1.90 eV)和中电池GaAs(1.42 eV)与衬底保持完全晶格匹配,底电池In0.32Ga0.68As与衬底存在2.24%的晶格失配.若要提高电池的效率,又同时保证电池的生长质量,需在首先生长的GaInP顶电池与衬底晶格匹配的前提下,适当降低中电池和底电池的禁带宽度,即提高In在中电池和底电池InxGa1-xAs中的组分.A点带隙组合为1.90/1.38/0.94 eV,对应的电池结构为 GaInP/In0.02Ga0.98As/In0.36Ga0.64As,是失配体系组合GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池的最优带隙,光电转化效率最高,可以达到50.34%,较单失配GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池效率提高了近2个百分点,但在顶电池和中电池间又引入了0.17%的晶格失配.这必然导致位错密度的增加,缺陷增多,直接影响少子寿命.具体影响将在下文做详细讨论.对于失配体系组合A,B中底电池和中电池分别引入的2.36%和2.24%的大失配通过阶变缓冲层技术来释放,考虑到InxAl1-xAs材料禁带宽度比InxGa1-xAs大,对底电池材料有良好的透光性,采用梯度组分渐变的InxAl1-xAs作为中电池和底电池之间的晶格失配缓冲层进行过渡[15],以保证由此产生的位错密度在我们可接受范围内.

图2 以底、中电池带隙为变量的电池理论转化效率等高图Fig.2.Contour plot of theoreticalηas a function of the lower two subcells ofEg.

对于双失配体系组合A,在GaInP(1.90 eV)顶电池上生长In0.02Ga0.98As(1.38 eV)中电池时,中电池受到失配应力的影响,刚开始与底电池是完全共格的,即完全应变;随着应变层厚度的增加,弹性应变能也逐渐积累,随着外延膜增加到某一厚度时弹性应变能以失配位错的形式开始释放,出现弛豫,相应的薄膜厚度即为中电池In0.02Ga0.98As的临界厚度.本文采用PB模型计算外延层厚度hc[16,17]的表达式为：

其中,f为GaInP(1.90 eV)顶电池和In0.02Ga0.98As(1.38 eV)中电池的晶格失配度;ν为泊松比,这里取0.31;b为中电池对顶电池界面的滑移距离,它具有伯格斯矢量的数量级;a(x)为In0.02Ga0.98As(1.38 eV)中电池弛豫后体材料的晶格常数.

通过(6)式计算得到In0.02Ga0.98As(1.38 eV)中电池的临界厚度hc=7086.3 nm,此厚度可以作为接下来双失配体系组合A中电池In0.02Ga0.98As(1.38 eV)厚度优化的最大临界厚度.

图3 以顶、中电池厚度为变量的电池理论转化效率等高图 (a)组合A;(b)组合BFig.3.Contour plot of theoreticalηas a function of the upper two subcells oft：(a)Combination A;(b)combination B.

下面我们需要确定失配体系组合A,B各子电池的厚度.由于底电池厚度对顶电池、中电池的光谱吸收没有直接影响,首先假设组合A,B底电池厚度均为2µm.图3是在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,组合A,B的理论转化效率随顶、中电池厚度的变化关系.对于串联多结电池,整个器件的输出电流受最小的子电池电流限流.通过分析失配体系A,B各子电池的短路电流密度,由于底电池电流足够大,器件的输出电流只与Jsc,1,Jsc,2有关,从而也验证了选取2µm底电池厚度进行顶、中电池厚度优化的正确性.随顶电池厚度的增加,顶电池吸收的光强增加,则到达下一结电池的光强度随之减弱,而底电池短路电流密度同时受顶、中电池厚度的影响,这样就得到一个某顶、中电池厚度下,顶、中、底电池电流相等的点,即电流匹配点.对于双失配体系组合A,如图3(a),当顶、中电池厚度分别增加到6.4,3.4µm,各子电池的吸收的光强趋于相等,此时理论转化效率最高.综合材料成本及实际生产条件,取顶、中电池厚度分别为t1=4µm,t2=3.2µm,此厚度组合也是接下来分析失配体系组合A选取的各子电池的最佳厚度.如表2所列,此时各子电池短路电流密度分别为7012.30,7311.60,7624.80 mA/cm2,电流匹配度较高,理论转化效率为51.22%,较各子电池厚度为无穷厚时提高了近1%.这种现象我们归因于P-N结内部少子的复合,当电池厚度一再增加时,光子虽然可以更充分地被吸收形成电子空穴对,但由于它距空间电荷区更远,使得更多的电子空穴对在未扩散到电荷耗尽区以前就复合掉了,不仅未形成有效的光生电流,反而使得此时的量子效率出现下降.对于单失配体系组合B,见图3(b),当顶、中电池厚度分别增加到1.9和4.5µm时,此时光电转化效率最高,此厚度也作为失配体系组合B位错分析的最优厚度.此时各子电池的短路电流密度分别为6853.00,6874.60,7014.60 mA/cm2,得益于各子电池的最优厚度,失配体系组合B电流匹配度明显高于A,同时开路电压较失配体系组合A提高了2.02%,但由于双失配体系组合A更优的带隙组合,其短路电流密度较单失配体系组合B提高了2.32%,故理论转化效率较组合B上升了0.8%.而对于失配体系组合A,B底电池厚度的选取,结合表2,由于组合A,B在各自最佳厚度时得到的底电池的短路电流密度较顶、中电池差别不大,且稍高于另外两结子电池,因此继续优化底电池厚度意义不大.

表2 失配体系组合A,B倒装结构三结太阳电池的电学性能参数Table 2.Electrical performance parameters of 3J solar cell in an inverted structure for the metamorphic(MM)combination A and B.

3.2 失配体系位错分析

在明确了失配电池体系最优结构后,我们现在开始考量失配体系内的位错密度对最终电池性能的影响.对于双失配体系组合A,晶格失配度为0.17%In0.02Ga0.98As(1.38 eV)中电池的位错分析,我们参考Matthews等[18,19]针对失配位错和插入位错关系所提出的理论：插入位错横向滑移后会在平行于界面处留下一根长度为l的60◦失配位错,通过此来释放掉体系内所存在的弹性应变.当然这种假设是建立在穿透位错在基底已经存在的前提下,当外延膜厚度超过临界厚度,将形成位错的成核,与临界厚度理论并不矛盾.这种解释已经在实验上得到了充分的验证.即60◦的失配位错正交排列,朝着〈110〉与〈-110〉晶向,向{111} 平面滑移.由文献[20,21]可以构建插入位错密度ρ同失配位错长度l,InGaAs(1.38 eV)中电池失配度f和GaInP顶电池尺寸L之间的定量关系,如下式：若不考虑底电池位错密度的影响,假设GaInP顶电池晶片尺寸L为1 cm,失配位错长度l为L的一半,代入(7)式计算得到InGaAs(1.38 eV)中电池中的插入位错密度为1.70×105cm-2,接下来我们只需把原计算模型中的少子寿命τ代入包含位错引起的复合的新变量,就得到位错密度与电池转化效率的关系.图4和图5是AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,计算的底电池的位错密度与失配电池体系组合A,B的电学性能参数的关系.参照图4,随底电池位错密度的增加,失配电池体系组合A,B的短路电流密度的变化趋势由水平趋于直线下降,呈分段函数分布.对于电池体系组合A,B,当底电池的位错密度分别大于2.56×106,6.4×105cm-2时,短路电流密度下降趋势明显.这主要是由于低的位错密度下,失配电池体系组合A,B的短路电流密度主要取决于顶电池,这也与表2得到的结果相符合.同理失配电池体系组合A,B的开路电压较短路电流密度随底电池的位错密度的变化趋势大致相同.结合图5所示,双失配电池体系组合A理论转化效率明显高于单失配体系组合B,若不考虑底电池位错密度的影响,失配电池体系组合A较B光电转化效率提高了0.3%,从而证明了具有更优带隙组合的双异质结失配体系组合A对于高效太阳电池设计更有优势.

图4 底电池位错密度对失配体系组合A,B短路电流密度(Jsc)和开路电压(Voc)的影响Fig.4.TheJscandVocversus dislocation density(DD)in the bottom junction for the MM combination A and B.

图5 底电池位错密度对失配体系组合A,B的理论转化效率的影响Fig.5.The theoreticalηversus DD in the bottom junction for the MM combination A and B.

考虑到实际存在的位错密度,如果失配位错长度l小于或者大于2/L会怎样呢?失配位错长度的变化主要是由插入位错的运动引起的,考虑到缓冲层的结构和材料生长条件发生变化,必然导致不同的l,当l大于2/L时,失配体系组合A顶、中电池间的位错密度当然实际存在的位错密度还受材料的生长条件和结构的影响,如若我们在顶电池和中电池之间生长1—2层GaInP作缓冲层,双失配体系组合A的优势更明显.显然,当底电池的位错密度小于106cm-2时,电池转换效率的下降趋势并不明显.然而,大量实验结果表明失配电池体系中位错密度大多约在105—107cm-2,这样看来这个量级的位错密度对电池性能的影响还是很大的,因此生长合适的渐变缓冲层对于降低失配电池体系的位错是必须的,这就要求在渐变缓冲层生长过程中严格控制好它的生长结构和条件,以期获得电学性能理想的电池.

3.3 试验验证

图6给出了失配体系组合A,B的外量子曲线(EQE).图中双失配体系组合A中电池In0.02Ga0.98As和底电池In0.36Ga0.64As的吸收限分别较单失配体系组合B GaAs中电池和In0.32Ga0.68As底电池长30—50 nm,同时失配体系组合A的中、底电池分别在组合B中、底电池的吸收限附近也体现了比较高的EQE.这是因为通过带隙优化后,双失配体系组合A具有更低禁带宽度的中电池和底电池来保证对更宽太阳光谱能量范围的吸收.在AM1.5D光谱下,通过计算得到失配体系组合A,B中、底电池电流基本匹配,分别为11.7和10.4 mA/cm2,差异最大之处主要体现在顶电池,双失配组合体系A GaInP顶电池电流密度为11.3 mA/cm2,较中、底电池电流密度降低了3.4%,在整个三结电池串接方式中起到了限流作用.而单失配体系组合B GaInP顶电池短路电流密度为10.3 mA/cm2,和GaAs中电池、In0.32Ga0.68As底电池电流密度基本接近,这也是为避免电流损失,将组合B GaInP吸收层变薄的原因所在.

图6 (网刊彩色)失配体系组合A,B的EQE曲线Fig.6.(color online)EQE curve of the MM combination A and B.

图7为所测试的失配体系组合A,B两类倒装三结太阳电池的J-V曲线.测试前采用独立的子电池对光谱进行分段校准,测试光谱功率为38.4 W/cm2(AM1.5D,500 suns),环境温度为25◦C,用于测试的电池芯片面积为30.25 mm2.由图可知,双失配体系组合A的开路电压为3.23 V,短路电流密度为5598.46 mA/cm2,而单失配体系组合B的开路电压和短路电流分别为3.43 V和5090.46 mA/cm2,光电转化效率为39.50%.可见,双失配倒装三结太阳电池开路电压较单失配倒装三结太阳电池降低了近0.2 V,但短路电流密度提高了508 mA/cm2,转化效率达到40.01%,比单失配倒装三结太阳电池的效率提高了0.4个百分点,双失配体系组合A的效率优势与图5基本符合,从而也证明了引入的0.17%的失配带来的更优的带隙组合是可取的.两种失配体系组合对应的开路电压、短路电流以及光电转化效率的变化趋势也与图4和图5的结果完全符合,从而也验证了本文所建立模型的正确性.

图7 失配体系组合A,B的电流密度电压(J-V)曲线Fig.7.J-Vcurve of the MM combination A and B.

4 结 论

本文在进行电池模拟计算时,尽可能结合实际量子效率与电池内部参数的关系,以求获得最精确的电池最优参数组合.最优带隙组合(1.90,1.38,0.94 eV)的GaInP/In0.02Ga0.98As/In0.36Ga0.64As双失配电池体系在最优厚度组合(4.0,3.2,2µm)得到理论光电效率为51.22%,较GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As单失配倒装三结太阳电池在最佳厚度组合(1.9,4.5和2µm)时,效率提高了0.8%.忽略底电池位错的影响,计入双失配电池体系内晶格失配度为0.17%In0.02Ga0.98As中电池引入的1.70×105cm-2的位错密度,较GaInP/GaAs/In0.32Ga0.68As单失配电池体系效率仍提高了0.3个百分点.最后基于两种失配电池体系,制备了面积为30.25 mm2太阳电池芯片.通过测得的J-V曲线可知,双失配体系组合的开路电压和短路电流密度分别为3.23 V和5598.46 mA/cm2,较单失配体系组合开路电压降低了近0.2 V,但短路电流密度提高了508 mA/cm2,转化效率达到40.01%,比单失配倒装三结太阳电池效率提高了0.4个百分点.

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(5)当发生了紧急事件时动物园的事后补救措施是否完善。动物园应配备麻醉捕捉用品，专人保管，定期检查。且设立医务室且安排具有急救、止血知识的医务人员，因对突发事件等进行急救。

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Analyses of the effect of mismatch on the performance of inverted GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs triple-junction solar cells∗

Ma Da-Yan1)Chen Nuo-Fu1)†Fu Rui1)Liu Hu1)2)Bai Yi-Ming1)Mi Zhe1)Chen Ji-Kun3)‡

1)(School of Renewable Energy Sources,North China Electric Power University,Beijing 102206,China)
2)(Department of Mathematics and Physics,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050041,China)
3)(School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)

30 August 2016;revised manuscript

25 October 2016)

The traditional lattice matched GaInP/(In)GaAs/Ge triple-junction(3J)solar cell has no much room to enhance its practical achievable conversion efficiency because of its inappropriate ensemble of bandgap energies.According to the P-N junction formation mechanism and the close equilibrium condition,we explore a series of computational codes in the framework of MATLAB to simulate and optimize the inverted structure of series-connected 3J solar cells with afixed top bandgap of 1.90 eV on GaAs substrate.In this paper,structural optimization is conducted in the real device design,because the realistic(QE)is closely related to a set of material parameters in the subcell,i.e.,the absorbtion coefficient of material,subcell thickness,minority carrier diffusion length,surface recombination velocity,etc.

The results indicate improved inverted 3J solar cells with nearly optimized bandgaps of 1.90,1.38,and 0.94 eV,by utilizing two independently lattice-mismatches(0.17%and 2.36%misfit respectively)to the GaAs substrate.A theoretical efficiency of 51.25%at 500 suns is demonstrated with this inverted design with the optimal thickness(4µm GaInP top and 3.1µm InGaAs middle).By contrast,the efficiency with the infinite thickness of subcells is reduced by 1%,which is mainly attributed to the effect of minority carrier recombination onJsc.Exactly speaking,if photo-generated carriers make a contribution toJsc,they must be collected effectively by the P-N junction before recombining.A new model is proposed based on the effect of dislocation on the metamorphic structure properties by regarding dislocation as minority-carrier recombination center.Our calculation indicates that threading dislocations density in the middle junction is approximate to 1.70×105cm-2when dislocations in the gradient buffer layer are neglected.The theoretical efficiency is increased by 0.3%compared with the inverted design containing a single metamorphic junction.

As a result,based on the two metamorphic combinations,a solar cell with an area of 30.25 mm2is prepared.The efficiency of the designed cell with two lattice-mismatched junctions reaches 40.01%at 500 suns(AM1.5D,38.4 W/cm2,25◦C),which is 0.4%higher than that of the single metamorphic junction 3J solar cell.

triple-junction solar cell,inverted structure,dislocation,two lattice-mismatched junctions

:88.40.jp,88.40.H—,88.40.hj

10.7498/aps.66.048801

∗北京市自然科学基金(批准号：2151004)资助的课题.

†通信作者.E-mail：nfchen@ncepu.edu.cn

‡通信作者.E-mail：jikunchen@ustb.edu.cn

*Project supported by the Natural Science Foundation of Beijing,China(Grant No.2151004).

†Corresponding author.E-mail：nfchen@ncepu.edu.cn

‡ Corresponding author.E-mail：jikunchen@ustb.edu.cn