砷化鎵太陽(yáng)能電池

ontent-0" class="lemma-main-content">　　近年來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在全球取得長(zhǎng)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(yīng)能力有限，加上國(guó)際炒家的炒作，導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)上多晶硅價(jià)格一路攀升，最近一年來(lái)，由于受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，價(jià)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(lái)困難。目前，技術(shù)上解決這一困難的途徑有兩條：一是采用薄膜太陽(yáng)電池，二是采用聚光太陽(yáng)電池，減小對(duì)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(yáng)電池是用凸透鏡或拋物面鏡把太陽(yáng)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(yáng)電池上。這時(shí)太陽(yáng)電池可能產(chǎn)生出相應(yīng)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(diǎn)。高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（GaAs）太陽(yáng)電池。　　GaAs屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙與太陽(yáng)光譜的匹配較適合，且能耐高溫。與硅太陽(yáng)電池相比，GaAs太陽(yáng)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(yīng)性和空間太陽(yáng)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(jié)的砷化鎵電池理論效率達(dá)到27%，而多結(jié)的砷化鎵電池理論效率更超過(guò)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(shí)驗(yàn)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(wú)法正常運(yùn)行。　　3、機(jī)械強(qiáng)度和比重　　砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時(shí)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(lái)對(duì)抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。

砷化鎵電池的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　1、歷程　　GaAs太陽(yáng)電池的發(fā)展是從上世紀(jì)50年代開(kāi)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(yīng)。在1956年，LoferskiJ.J.和他的團(tuán)隊(duì)探討了制造太陽(yáng)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(jié)太陽(yáng)電池的效率可達(dá)27%）。20世紀(jì)60年代，Gobat等研制了第1個(gè)摻鋅GaAs太陽(yáng)電池，不過(guò)轉(zhuǎn)化率不高，僅為9%～10%，遠(yuǎn)低于27%的理論值。20世紀(jì)70年代，IBM公司和前蘇聯(lián)Ioffe技術(shù)物理所等為代表的研究單位，采用LPE(液相外延)技術(shù)引入GaAlAs異質(zhì)窗口層，降低了GaAs表面的復(fù)合速率，使GaAs太陽(yáng)電池的效率達(dá)16%。不久，美國(guó)的HRL(HughesResearchLab)及Spectrolab通過(guò)改進(jìn)了LPE技術(shù)使得電池的平均效率達(dá)到18%，并實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)了高效率砷化鎵太陽(yáng)電池的新時(shí)代[4]。從上世紀(jì)80年代后，GaAs太陽(yáng)電池技術(shù)經(jīng)歷了從LPE到MOCVD，從同質(zhì)外延到異質(zhì)外延，從單結(jié)到多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)的幾個(gè)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(shí)驗(yàn)室最高效率已達(dá)到50%（來(lái)自IBM公司數(shù)據(jù)），產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率可達(dá)30%以上。