李新建，王志华，段丙新，程 燕，汪朝阳，尹书亭，宋冬琦

(1.郑州大学 物理工程学院 河南 郑州 450001； 2.材料物理教育部重点实验室 河南 郑州 450001)

0 引言

太阳能电池是直接将太阳光能转变为电能的器件，晶硅电池占据太阳能电池市场的主要份额[1]。相对于其Shockley-Queisser极限效率29.4%[2]，目前单结单晶硅太阳能电池的认证效率已高达26.7%[3]，其效率提升的空间已极其有限。与此同时，Ⅲ-V族化合物半导体、钙钛矿等新型太阳能电池在效率提升方面取得了重要进展，其单结电池认证效率已分别达到27.6%和20.9%[4-5]，接近甚至超过单晶硅太阳能电池效率。根据太阳能电池原理，太阳能电池的光电转换效率正比于开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)。因此，如果能够通过发明新的电池材料或者设计新的电池结构实现电池Voc、Jsc和FF的增加，则有可能进一步提升太阳能电池效率。就认证效率而言，串联多结太阳能电池无疑具有更高的能量转换效率，如三结GaAs电池、两结钙钛矿-硅电池的效率分别达到37.9%和27.3%[6]。通过比对上述单结电池和多结电池的Voc、Jsc和FF后发现(表1)，单结电池的Jsc整体上明显高于多结电池，二者的FF大致相当，但单结电池的Voc则明显低于多结电池。单结电池具有更简单的电池结构、制备工艺和更低的制造成本，因此，设法提高单结电池的Voc，对进一步提高单结电池的效率具有重要意义。

表1 太阳能电池参数表Table 1 Parameters table for solar cell

根据太阳能电池理论，提升电池的开路电压的有效方法是采用宽带隙半导体材料形成电池p-n结(异质结)[7]。……