GaAs太阳能电池VIP专享

GaAs太阳能电池 李永富 太阳光辐射主要是以可见光为中心，分布于 0.3 微米至几微米光谱范围，对应光子能量0.4eV~4eV 之间，总体来说，理想太阳能电池材料需要具备：  能带在 1.1eV~1.7eV 之间(对应光波长范围 0.73~1.13μm)  直接能带半导体  组成材料无毒性  可利用薄膜沉积技术且可大面积制备  有良好的光电转换效率  具有长期稳定性 GaAs 是典型的 III-V 族化合物半导体材料，具有直接能带隙，带隙宽度为 1.42eV（300K），可以良好的吸收太阳光，因此，是很理想的太阳能电池材料。GaAs 材料的主要特点：  光吸收系数高。GaAs 太阳能电池的有源区厚度多选取 5um 左右，就可以吸收 95%的太阳光谱中最强的部分。  带隙宽度与太阳光谱匹配。GaAs 的带隙宽度正好位于最佳太阳电池材料所需要的能隙范围，具有更高的理论转换效率。  耐高温性能好。GaAs 太阳能电池效率随温度升高降低比较缓慢，可以工作在更高的温度范围。  抗辐照性能强。GaAs 是直接带隙材料，少数载流子寿命较短，在离结几个扩散度外产生损伤，对光电流和暗电流均无影响，因此，GaAs 太阳能电池具有较好的抗辐照性能。  多结叠层太阳电池的材料。由于 III-V 族三、四元化合物（GaInP、AlGaInP、GaInAs 等）半导体材料生长技术日益成熟，使电池的设计更为灵活，从而大幅度提高太阳电池的效率并降低成本。 GaAs 基太阳能电池基本上可分为单结和多结叠层式太阳能电池两类，如图 1 所示。 对于单结GaAs太阳能电池，根据其生长方式的不同又可以分为LPE GaAs及MOVPE GaAs太阳能电池，衬底可选用GaAs或Ge，不过GaAs是直接带隙材料，光吸收系数大，有源层厚度只需3微米左右，所以原则上在生长好GaAs电池后，可以选择把衬底完全腐蚀掉，只剩下5 微米左右的有源层，从而制成超薄GaAs电池，这样就可以获得很高的单位质量比功率输出。目前超薄(UT)GaAs电池的比功率可达670W/kg，而100微米高效Si电池的比功率仅为330W/kg。 但是，无论如何，单结也只能吸收和转换特定波长范围内的太阳光，其理论效率也只有 27%，为提高能量转换效率，可以将太阳光光谱分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按带隙的不同从大到小的顺序从上到下叠合起来，选择性吸收和转换太阳光光谱的不同子区域，这就有可能最大限度地将光能变成电能，这样的电池结构就是叠层电池。 叠层太阳能电池的制备可以...