基本介紹
- 中文名：化合物半導體太陽能電池
- 外文名：compound solarcell
- 學科：電力科學
- 拼音：huà hé wù bàn dǎo tǐ tài yáng néng diàn chí
釋義,製備原料,典型代表,
釋義
以化合物半導體為基體製成的太陽能電池。在種類繁多的化合物半導體材料中， 不乏兼備優良光電特性、高穩定性、宜於加工製造的太陽能電池材料。化合物可構成同質結太陽能電池、異質結太陽能電池和肖特基結太陽能電池。它既可製成高效或超高效太陽能電池，又可製成低成本大面積薄膜太陽能電池，從而拓寬了光電材料的研究範圍， 也極大地豐富了太陽能電池家族。世界上光電轉換效率最高的是化合物半導體太陽能電池 (如砷化鎵太陽能電池效率η=24%～28%)，或者是以化合物作為重要組分的太陽能電池 (如砷化鎵和矽疊合聚光太陽能電池效率η=32%～37%，薄膜硒銦銅/非晶矽太陽能電池效率η=14%～17%)。
製備原料
在元素周期表中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP);Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，如硫化鎘 (CdS)、硒化鎘 (CdSe)、碲化鎘 (CdTe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅 (ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)等，都具有直接禁帶躍遷的能帶結構，吸收係數大，結構比較穩定。若用Ⅰ-Ⅲ族元素取代Ⅱ-Ⅵ族化合物中的Ⅱ族元素， 則得到 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物， 如硒銦銅(CuInSe)、硫銦銅(CuInS)等。對應地，用Ⅱ-Ⅳ族元素代替Ⅲ-Ⅴ族化合物中的Ⅲ族元素，則構成Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族三元化合物， 如鋅矽砷 (ZnSiAs2)等。從中可以挑選禁頻寬度適合於吸收不同波長的太陽光、且可製成低電阻p型或n型基體的化合物半導體來製造太陽能電池。
典型代表
具有代表性的化合物半導體太陽能電池有砷化鎵太陽能電池、硫化鎘太陽能電池和硒銦銅太陽能電池。
砷化鎵太陽能電池Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽能電池，其主要特點是：
(1) GaAs的禁頻寬度達1.43 eV，能有效地吸收太陽光，其理論效率達28%。
(2) GaAs是直接禁帶躍遷材料，吸收係數大。吸收90%的太陽能只需5μm厚的GaAs，而矽則需厚為100μm以上才能吸收同樣多的太陽能。
(3)耐高溫，耐輻射，適宜於做聚光太陽能電池(聚光比可以高達1000～1735倍)，也適宜於做太空飛行器上用的太陽能電池。
砷化鎵太陽能電池的主要缺點是：價格昂貴，功率/重量比小，表面複合速度大等。
自1956年砷化鎵太陽能電池問世以來，已製成pn結GaAs同質結太陽能電池和GaAlAs/GaAs異質面太陽能電池等。砷化鎵還可以分別與元素半導體、其他化合物構成許多異質結構的多晶薄膜GaAs太陽能電池。砷化鎵太陽能電池的結構類同於矽太陽能電池，開路電壓為0.88～1.0 V，短路電流密度稍低，一般為20～30 mA/cm。
硫化鎘太陽能電池
是最先問世的Ⅱ-Ⅵ族化合物太陽能電池。硫化鎘的禁頻寬度為2.42 eV，吸收係數大，是比較理想的異質結視窗材料，CdS-Cu2S太陽能電池的效率極限為17.8%。但在研究中發現，CdS-Cu2S電池在自然光照條件下，銅離子會在pn結中巨觀遷移，因而造成輸出功率下降。正在用CdTe和其他合適的材料來製造低成本薄膜太陽能電池。
碲化鎘太陽能電池碲化鎘具有穩定性好、薄膜沉積速度快、價格便宜等優點，因而碲化鎘與硒銦銅同樣被選為當前最有希望的兩種薄膜化合物太陽能電池之一。其光電轉換效率，1991年為12.5%，1995年為15.8%，2000年有可能達到18%而進入產業化生產。
硒銦銅太陽能電池
性能最好的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物太陽能電池。硒銦銅是已知的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半導體中性能最好的光電材料，禁頻寬度為1.01～1.04 eV，有直接能帶結構，在異質結電池中可作為理想的基體材料。硒銦銅與硫化鎘、碲化鎘材料一樣，可以用真空沉積法、噴塗法、絲網印刷法和懸浮電鍍法製造薄膜電池。電池結構與矽薄膜電池類同。也可製成前壁型和後壁型兩種。CuInSe電池的開路電壓比矽的低，約為0.4～0.5 V，而短路電流密度可高達40 mA/cm左右，是一種穩定性比較好的薄膜太陽能電池。其光電轉換效率，1991年為13%，1995年為17%，2000年可達20%。
