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砷化鎵太陽能電池 又名:GaAs電池

以砷化鎵為基體材料的太陽能電池。

科技名詞定義

中文名稱:
砷化鎵太陽能電池
英文名稱:
gallium arsenide solar cell
定義:
以砷化鎵為基體材料的太陽能電池。
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(shù)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(jié)的砷化鎵電池理論效率達到27%,而多結(jié)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(shù)的復雜度。

砷化鎵電池的技術(shù)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(jié)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(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(shù)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(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。

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