砷化鎵太陽能電池

ontent-0" class="lemma-main-content">　　近年來，太陽能光伏發(fā)電在全球取得長足發(fā)展。常用光伏電池一般為多晶硅和單晶硅電池，然而由于原材料多晶硅的供應能力有限，加上國際炒家的炒作，導致國際市場上多晶硅價格一路攀升，最近一年來，由于受經(jīng)濟危機影響，價格有所下跌，但這種震蕩的現(xiàn)狀給光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來困難。目前，技術上解決這一困難的途徑有兩條：一是采用薄膜太陽電池，二是采用聚光太陽電池，減小對原料在量上的依賴程度。常用薄膜電池轉(zhuǎn)化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統(tǒng)受到研究者的重視[1]。聚光太陽電池是用凸透鏡或拋物面鏡把太陽光聚焦到幾倍、幾十倍，或幾百倍甚至上千倍，然后投射到太陽電池上。這時太陽電池可能產(chǎn)生出相應倍數(shù)的電功率。它們具有轉(zhuǎn)化率高，電池占地面積小和耗材少的優(yōu)點。高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（GaAs）太陽電池。　　GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫。與硅太陽電池相比，GaAs太陽電池具有較好的性能

砷化鎵電池與硅光電池的比較

　　1、光電轉(zhuǎn)化率：　　砷化鎵的禁帶較硅為寬，使得它的光譜響應性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。目前，硅電池的理論效率大概為23%，而單結的砷化鎵電池理論效率達到27%，而多結的砷化鎵電池理論效率更超過50%。　　2、耐溫性　　常規(guī)上，砷化鎵電池的耐溫性要好于硅光電池，有實驗數(shù)據(jù)表明，砷化鎵電池在250℃的條件下仍可以正常工作，但是硅光電池在200℃就已經(jīng)無法正常運行。　　3、機械強度和比重　　砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點使得其加工時比容易碎裂，所以，目前常把其制成薄膜，并使用襯底（常為Ge[鍺]），來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術的復雜度。

砷化鎵電池的技術發(fā)展現(xiàn)狀

　　1、歷程　　GaAs太陽電池的發(fā)展是從上世紀50年代開始的，至今已有已有50多年的歷史。1954年世界上首次發(fā)現(xiàn)GaAs材料具有光伏效應。在1956年，LoferskiJ.J.和他的團隊探討了制造太陽電池的最佳材料的物性，他們指出Eg在1.2～1.6eV范圍內(nèi)的材料具有最高的轉(zhuǎn)換效率。（GaAs材料的Eg=1.43eV，在上述高效率范圍內(nèi)，理論上估算，GaAs單結太陽電池的效率可達27%）。20世紀60年代，Gobat等研制了第1個摻鋅GaAs太陽電池，不過轉(zhuǎn)化率不高，僅為9%～10%，遠低于27%的理論值。20世紀70年代，IBM公司和前蘇聯(lián)Ioffe技術物理所等為代表的研究單位，采用LPE(液相外延)技術引入GaAlAs異質(zhì)窗口層，降低了GaAs表面的復合速率，使GaAs太陽電池的效率達16%。不久，美國的HRL(HughesResearchLab)及Spectrolab通過改進了LPE技術使得電池的平均效率達到18%，并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，開創(chuàng)了高效率砷化鎵太陽電池的新時代[4]。從上世紀80年代后，GaAs太陽電池技術經(jīng)歷了從LPE到MOCVD，從同質(zhì)外延到異質(zhì)外延，從單結到多結疊層結構的幾個發(fā)展階段，其發(fā)展速度日益加快，效率也不斷提高，目前實驗室最高效率已達到50%（來自IBM公司數(shù)據(jù)），產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率可達30%以上。