砷化鎵太陽能電池

太陽能光伏發電在全球取得長足發展。常用光伏電池一般為多晶矽和單晶矽電池，然而由於原材料多晶矽的供應能力有限，加上國際炒家的炒作，導致國際市場上多晶矽價格一路攀升，最近一年來，由於受經濟危機影響，價格有所下跌，但這種震盪的現狀給光伏產業的健康發展帶來困難。

基本介紹

• 中文名：砷化鎵太陽能電池
• 性質：電池
• 屬性：太陽能
• 化鎵砷：GaAs

簡介

技術上解決這一困難的途徑有兩條：一是採用薄膜太陽電池，二是採用聚光太陽電池，減小對原料在量上的依賴程度。常用薄膜電池轉化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統受到研究者的重視[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，然後投射到太陽電池上。這時太陽電池可能產生出相應倍數的電功率。它們具有轉化率高，電池占地面積小和耗材少的優點。高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（GaAs）太陽電池。

GaAs屬於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。與矽太陽電池相比，GaAs太陽電池具有較好的性能

砷化鎵電池與矽光電池的比較

1、光電轉化率：

砷化鎵的禁帶較矽為寬，使得它的光譜回響性和空間太陽光譜匹配能力較矽好。矽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

常規上，砷化鎵電池的耐溫性要好於矽光電池，有實驗數據表明，砷化鎵電池在250℃的條件下仍可以正常工作，但是矽光電池在200℃就已經無法正常運行。

3、機械強度和比重

砷化鎵較矽質在物理性質上要更脆，這一點使得其加工時比容易碎裂，所以，常把其製成薄膜，並使用襯底（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複雜度。

砷化鎵電池的技術發展現狀

GaAs太陽電池的發展是從上世紀50年代開始的，至今已有已有50多年的歷史。1954年世界上首次發現GaAs材料具有光伏效應。在1956年，LoferskiJ.J.和他的團隊探討了製造太陽電池的最佳材料的物性，他們指出Eg在1.2～1.6eV範圍內的材料具有最高的轉換效率。（GaAs材料的Eg=1.43eV，在上述高效率範圍內，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等研製了第1個摻鋅GaAs太陽電池，不過轉化率不高，僅為9%～10%，遠低於27%的理論值。20世紀70年代，IBM公司和前蘇聯Ioffe技術物理所等為代表的研究單位，採用LPE(液相外延)技術引入GaAlAs異質視窗層，降低了GaAs表面的複合速率，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%，並實現了批量生產，開創了高效率砷化鎵太陽電池的新時代[4]。從上世紀80年代後，GaAs太陽電池技術經歷了從LPE到MOCVD，從同質外延到異質外延，從單結到多結疊層結構的幾個發展階段，其發展速度日益加快，效率也不斷提高，目前實驗室最高效率已達到50%（來自IBM公司數據），產業生產轉化率可達30%以上。