gaas太陽能電池

1、GaAs太陽能電池太陽能電池李永富太陽光輻射主要是以可見光為中心，分布于0.3微米至幾微米光譜范圍，對應光子能量0.4eV~4eV之間，總體來說，理想太陽能電池材料需要具備：?能帶在1.1eV~1.7eV之間(對應光波長范圍0.73~1.13μm)?直接能帶半導體?組成材料無毒性?可利用薄膜沉積技術且可大面積制備?有良好的光電轉換效率?具有長期穩(wěn)定性GaAs是典型的IIIV族化合物半導體材料，具有直接能帶隙，帶隙寬度為1.42eV（30

2、0K），可以良好的吸收太陽光，因此，是很理想的太陽能電池材料。GaAs材料的主要特點：?光吸收系數(shù)高。GaAs太陽能電池的有源區(qū)厚度多選取5um左右，就可以吸收95%的太陽光譜中最強的部分。?帶隙寬度與太陽光譜匹配。GaAs的帶隙寬度正好位于最佳太陽電池材料所需要的能隙范圍，具有更高的理論轉換效率。?耐高溫性能好。GaAs太陽能電池效率隨溫度升高降低比較緩慢，可以工作在更高的溫度范圍。?抗輻照性能強。GaAs是直接帶隙材料，少數(shù)載流子壽

3、命較短，在離結幾個擴散度外產(chǎn)生損傷，對光電流和暗電流均無影響，因此，GaAs太陽能電池具有較好的抗輻照性能。?多結疊層太陽電池的材料。由于IIIV族三、四元化合物（GaInP、AlGaInP、GaInAs等）半導體材料生長技術日益成熟，使電池的設計更為靈活，從而大幅度提高太陽電池的效率并降低成本。GaAs基太陽能電池基本上可分為單結和多結疊層式太陽能電池兩類，如圖1所示。對于單結GaAs太陽能電池，根據(jù)其生長方式的不同又可以分為LPEG

4、aAs及MOVPEGaAs太陽能電池，襯底可選用GaAs或Ge，不過GaAs是直接帶隙材料，光吸收系數(shù)大，有源層厚度只需3微米左右，所以原則上在生長好GaAs電池后，可以選擇把襯底完全腐蝕掉，只剩下5微米左右的有源層，從而制成超薄GaAs電池，這樣就可以獲得很高的單位質量比功率輸出。目前超薄(UT)GaAs電池的比功率可達670Wkg，而100微米高效Si電池的比功率僅為330Wkg。層電池上生長或直接沉積在第一層電池上面，這種電池結構

5、緊湊，便于集成，但是對襯底材料質量要求高，且必須要考慮各外延層的晶格失配問題。多結GaAs太陽能電池技術已經(jīng)成為國內外研究的主流，2009年，比利時IMEC展示了其最新的機械疊層GaAsGe多結太陽能電池，據(jù)稱其機械疊層的GaAsGe多結太陽能電池轉換率直指40%以上，電池制備過程中，首先制造鍺電池以及單獨的引出端，然后將GaAs子電池集成在該鍺電池之上，各自分離的引出端可以用來單獨提取某個子電池的電流，降低了對電流匹配的需求，由于不同

6、材料并非依次生長在底層材料之上，因此也無需進行晶格匹配。目前對于這種機械疊層多結太陽能電池的研究還較少，主要還是采用單片疊層式，如德國Azurspace公司已經(jīng)具有了單片式GaInPGaAsGe三結太陽能電池的批量生產(chǎn)能力，產(chǎn)品級別(27%，28%，30%)，產(chǎn)品采用Ge襯底。美國Spectralab及Emce等公司的三結GaInPGaAsGe也具有了批量生產(chǎn)能力。其部分最新產(chǎn)品的參數(shù)如表1所示[各公司網(wǎng)站產(chǎn)品]。表1.美國Spectr

7、alab、Emce公司及德國Azurspace公司三結GaInPGaAsGe太陽能電池相關參數(shù)[注]GaInP2為三元化合物Ga0.51In0.49P的簡稱廠商名稱產(chǎn)品規(guī)格壽命初期轉換效率壽命末期轉換效率襯底外延技術晶片厚度尺寸重量GaInP2GaAsGeImprovedTripleJunction26.8%22.5%GeMOVPE140μm31cm284mgcm2GaInP2GaAsGeUltraTripleJunction28.3%

8、24.3%GeMOVPE140μm32cm284mgcm2SpectralabGaInP2GaAsGeNextTripleJunction29.9%26.6%GeMOVPE140μm60cm284mgcm2EmceInGaPGaAsGe3rdGenerationTripleJunction29.5%GeMOCVD140μm≈32cm284mgcm2GaInP2GaAsGe30%class30%GeMOVPE15020μm30.18cm2

9、≤86mgcm2GaInP2GaAsGe28%class28%GeMOVPE15020μm30.18cm2≤86mgcm2AzurspaceGaInP2GaAsGe27%class27%GeMOVPE15020μm30.18cm2≤86mgcm2福建三安是目前國內GaAs基太陽能電池生產(chǎn)的領跑者，其聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)采用GaInPGaAsGe多結太陽能電池，主要采用MOCVD技術在Ge襯底上進行外延層的生長。并對GaAsGe多結太陽能電池