gaas太陽(yáng)能電池

1、GaAs太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池李永富太陽(yáng)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(duì)應(yīng)光子能量0.4eV~4eV之間，總體來(lái)說(shuō)，理想太陽(yáng)能電池材料需要具備：?能帶在1.1eV~1.7eV之間(對(duì)應(yīng)光波長(zhǎng)范圍0.73~1.13μm)?直接能帶半導(dǎo)體?組成材料無(wú)毒性?可利用薄膜沉積技術(shù)且可大面積制備?有良好的光電轉(zhuǎn)換效率?具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性GaAs是典型的IIIV族化合物半導(dǎo)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(yáng)光，因此，是很理想的太陽(yáng)能電池材料。GaAs材料的主要特點(diǎn)：?光吸收系數(shù)高。GaAs太陽(yáng)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(yáng)光譜中最強(qiáng)的部分。?帶隙寬度與太陽(yáng)光譜匹配。GaAs的帶隙寬度正好位于最佳太陽(yáng)電池材料所需要的能隙范圍，具有更高的理論轉(zhuǎn)換效率。?耐高溫性能好。GaAs太陽(yáng)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(qiáng)。GaAs是直接帶隙材料，少數(shù)載流子壽

3、命較短，在離結(jié)幾個(gè)擴(kuò)散度外產(chǎn)生損傷，對(duì)光電流和暗電流均無(wú)影響，因此，GaAs太陽(yáng)能電池具有較好的抗輻照性能。?多結(jié)疊層太陽(yáng)電池的材料。由于IIIV族三、四元化合物（GaInP、AlGaInP、GaInAs等）半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)技術(shù)日益成熟，使電池的設(shè)計(jì)更為靈活，從而大幅度提高太陽(yáng)電池的效率并降低成本。GaAs基太陽(yáng)能電池基本上可分為單結(jié)和多結(jié)疊層式太陽(yáng)能電池兩類，如圖1所示。對(duì)于單結(jié)GaAs太陽(yáng)能電池，根據(jù)其生長(zhǎng)方式的不同又可以分為L(zhǎng)PEG

4、aAs及MOVPEGaAs太陽(yáng)能電池，襯底可選用GaAs或Ge，不過(guò)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(zhǎng)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(zhì)量比功率輸出。目前超薄(UT)GaAs電池的比功率可達(dá)670Wkg，而100微米高效Si電池的比功率僅為330Wkg。層電池上生長(zhǎng)或直接沉積在第一層電池上面，這種電池結(jié)構(gòu)

5、緊湊，便于集成，但是對(duì)襯底材料質(zhì)量要求高，且必須要考慮各外延層的晶格失配問(wèn)題。多結(jié)GaAs太陽(yáng)能電池技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的主流，2009年，比利時(shí)IMEC展示了其最新的機(jī)械疊層GaAsGe多結(jié)太陽(yáng)能電池，據(jù)稱其機(jī)械疊層的GaAsGe多結(jié)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換率直指40%以上，電池制備過(guò)程中，首先制造鍺電池以及單獨(dú)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(lái)單獨(dú)提取某個(gè)子電池的電流，降低了對(duì)電流匹配的需求，由于不同

6、材料并非依次生長(zhǎng)在底層材料之上，因此也無(wú)需進(jìn)行晶格匹配。目前對(duì)于這種機(jī)械疊層多結(jié)太陽(yáng)能電池的研究還較少，主要還是采用單片疊層式，如德國(guó)Azurspace公司已經(jīng)具有了單片式GaInPGaAsGe三結(jié)太陽(yáng)能電池的批量生產(chǎn)能力，產(chǎn)品級(jí)別(27%，28%，30%)，產(chǎn)品采用Ge襯底。美國(guó)Spectralab及Emce等公司的三結(jié)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(guó)Spectr

7、alab、Emce公司及德國(guó)Azurspace公司三結(jié)GaInPGaAsGe太陽(yáng)能電池相關(guān)參數(shù)[注]GaInP2為三元化合物Ga0.51In0.49P的簡(jiǎn)稱廠商名稱產(chǎn)品規(guī)格壽命初期轉(zhuǎn)換效率壽命末期轉(zhuǎn)換效率襯底外延技術(shù)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(guó)內(nèi)GaAs基太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的領(lǐng)跑者，其聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)采用GaInPGaAsGe多結(jié)太陽(yáng)能電池，主要采用MOCVD技術(shù)在Ge襯底上進(jìn)行外延層的生長(zhǎng)。并對(duì)GaAsGe多結(jié)太陽(yáng)能電池