砷化镓太阳电池与Si电池、硅光电池的比较

2013-11-26 00:31

　　GaAs太阳电池的发展是从上世纪50年代开始的，至今已有已有50多年的历史。1954年世界上首次发现GaAs材料具有光伏效应。在1956年，LoferskiJ.J.和他的团队探讨了制造太阳电池的最佳材料的物性，他们指出Eg在1.2～1.6eV范围内的材料具有最高的转换效率。目前实验室GaAs电池的效率最高已经能够达到50%。

　　GaAs太阳电池是一种Ⅲ~Ⅴ族化合物半导体太阳电池，与Si太阳电池相比，其特点为：

　　（1）转换效率高。

　　GaAs的禁带宽度相比于Si要宽，光谱响应特性与太阳光谱的匹配度也比Si要好。所以，GaAs太阳能电池的光电转化效率要高于Si太阳能电池。Si电池的理论效率仅为23%，而单节的GaAs电池理论效率为27%，而多节GaAs的电池理论效率更是高达50%。

　　（2）可以制成超薄型电池。

　　GaAs是直接带隙半导体，而Si是间接带隙半导体，在可见光到红外的光谱内，GaAs的吸收效率要远远高于Si。同样吸收95%的太阳光，Si需要150μm以上的厚度，但是GaAs只需要5μm~10μm，用GaAs制成的太阳能电池，在质量上可以大大减轻。

　　（3）耐高温

　　GaAs的本征载流子浓度低，GaAs太阳电池的最大功率温度系数（-2×10-3℃-1）较低比Si（-4.4×10-3℃-1）太阳电池小很多。200℃时，Si太阳电池已不能工作，而GaAs太阳电池的效率仍有约10%。这使得GaAs电池可以在聚光领域有很好的应用。

　　（4）抗辐射性能好

　　GaAs少子寿命短，在离结几个扩散度外产生的损伤，对光电流和暗电流均无影响。因此，其抗高能粒子辐照的性能优于间接禁带的Si太阳电池。在电子能量为1MeV，通量为1×1015个/cm2辐照条件下，辐照后与辐照前太阳电池输出功率比，GaAs单结太阳电池>0.76，GaAs多结太阳电池>0.81，而BSFSi太阳电池仅为0.70。

　　（5）可制成效率更高的多结叠层太阳电池

　　随着MOCVD技术的日益完善，Ⅲ~Ⅴ族三元、四元化合物半导体材料（GaInP、AlGaInP、GaInAs）的生长技术取得重大突破，为多结叠层太阳电池研制提供了多种可供选择的材料。

　　砷化镓电池与硅光电池的比较

　　1、光电转化率：

　　砷化镓的禁带较硅为宽，使得它的光谱响应性和空间太阳光谱匹配能力较硅好。硅电池的理论效率大概为23%，而单结的砷化镓电池理论效率达到27%，而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%。

　　2、耐温性

　　常规上，砷化镓电池的耐温性要好于硅光电池，有实验数据表明，砷化镓电池在250℃的条件下仍可以正常工作，但是硅光电池在200℃就已经无法正常运行。

　　3、机械强度和比重

　　砷化镓较硅质在物理性质上要更脆，这一点使得其加工时比容易碎裂，所以，常把其制成薄膜，并使用衬底（常为Ge[锗]），来对抗其在这一方面的不利，但是也增加了技术的复杂度。