中文摘要：

晶格匹配生长的三结(Al)GaInP/（In）GaAs/Ge太阳电池由于其完美的晶体材料质量，实现了41.6%的光电转换效率。但中间结InGaAs电池相对于其它两结较低的光电流密度从理论上限制了电池效率的提高。本项目基于量子点对低于中间电池材料带隙的吸收从而对光电流产生贡献这一理论基础，利用分子束外延生长方法，在传统晶格匹配的三结(Al)GaInP/（In）GaAs/Ge太阳电池结构中内嵌InGaAs量子点，通过解决量子点材料对低能光子的吸收及载流子分离，探索量子点层间耦合、量子点密度影响量子效率的物理机制，及其对太阳电池光电转换效率的影响关系，实现传统多结结构与新型量子点电池效率理论预期的有效结合，获得光电流匹配的三结电池的带隙设计和调控，从而提高其光电转换效率。项目的顺利开展，必将为未来新概念太阳电池的广泛应用提供可靠的方案和技术保障。

结论摘要：

系统研究了Ge衬底上生长过程中不同生长参数对Ge衬底表面和GaInP外延材料表面的影响。结果表明生长前对Ge衬底进行高温预处理有利于降低GaInP外延层的表面粗糙度。同时，发现使用具有一定偏角的Ge衬底或对GaInP外延层进行硅掺杂，都会增加GaInP材料的无序度，使其禁带宽度增加，表面粗糙度减小，是由于III族原子扩散增强所导致；依据发光峰强度随温度的变化以及少子寿命随能量的变化趋势，认为有序GaInP材料中发光峰位置随温度升高呈现倒“S”型变化是由局域态发光峰与本征态发光峰之间的竞争所引起的，从而对移动发光峰的来源给出了合理的解释。研究了室温下Ge基GaInP光致发光中，1.4 eV左右宽发光峰的来源。利用拉曼光谱和变温光致发光研究了宽发光峰的行为。基于生长条件和掺Si对1.4 eV处发光峰强度的影响以及拉曼散射光谱中观察到Ge-Si峰，认为宽发光峰是由于高温生长过程中Ge原子外扩散而产生的[Ge(Ga,In)-Si(Ga,In)]和[Ge(Ga,In)-V(Ga,In)]络合物所引起的。 利用MBE技术，基于层状加岛状生长模式获得尺寸分布均匀的无位错应变InAs/GaAs量子点，量子点密度为4×1010cm-2，横向尺寸40nm左右，高度为-10nm研究了内嵌量子点的GaAs电池的光伏特性。量子点的增加，导致了器件开路电压的降低。在一个太阳标准光谱下，三结电池效率达到了26.9%，短路电流开路电压2.45V，聚光下实现了38.5%的光电转换效率。 突破生长温度低以及高饱和蒸汽压磷化物的MBE生长难题，首次实现了带隙能量为1.0 eV的四元化合物InGaAsP的稳定的高性能MBE生长，InGaAsP电池效率18.8%；基于键合工艺的四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs电池获得了较好的光电转换效率。