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比較:砷化鎵太陽電池與Si電池硅光電池

鉅大LARGE  |  點擊量:1388次  |  2019年04月03日  

GaAs太陽電池是一種Ⅲ~Ⅴ族化合物半導(dǎo)體太陽電池,與Si太陽電池相比,其特點為:

GaAs太陽電池的發(fā)展是從上世紀(jì)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(yīng)。在1956年,LoferskiJ.J.和他的團(tuán)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。目前實驗室GaAs電池的效率最高已經(jīng)能夠達(dá)到50%。

GaAs太陽電池是一種Ⅲ~Ⅴ族化合物半導(dǎo)體太陽電池,與Si太陽電池相比,其特點為:

(1)轉(zhuǎn)換效率高。

GaAs的禁帶寬度相比于Si要寬,光譜響應(yīng)特性與太陽光譜的匹配度也比Si要好。所以,GaAs太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率要高于Si太陽能電池。Si電池的理論效率僅為23%,而單節(jié)的GaAs電池理論效率為27%,而多節(jié)GaAs的電池理論效率更是高達(dá)50%。

(2)可以制成超薄型電池。

GaAs是直接帶隙半導(dǎo)體,而Si是間接帶隙半導(dǎo)體,在可見光到紅外的光譜內(nèi),GaAs的吸收效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Si。同樣吸收95%的太陽光,Si需要150μm以上的厚度,但是GaAs只需要5μm~10μm,用GaAs制成的太陽能電池,在質(zhì)量上可以大大減輕。

(3)耐高溫

GaAs的本征載流子濃度低,GaAs太陽電池的最大功率溫度系數(shù)(-2×10-3℃-1)較低比Si(-4.4×10-3℃-1)太陽電池小很多。200℃時,Si太陽電池已不能工作,而GaAs太陽電池的效率仍有約10%。這使得GaAs電池可以在聚光領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。

(4)抗輻射性能好

GaAs少子壽命短,在離結(jié)幾個擴散度外產(chǎn)生的損傷,對光電流和暗電流均無影響。因此,其抗高能粒子輻照的性能優(yōu)于間接禁帶的Si太陽電池。在電子能量為1MeV,通量為1×1015個/cm2輻照條件下,輻照后與輻照前太陽電池輸出功率比,GaAs單結(jié)太陽電池>0.76,GaAs多結(jié)太陽電池>0.81,而BSFSi太陽電池僅為0.70。

(5)可制成效率更高的多結(jié)疊層太陽電池

隨著MOCVD技術(shù)的日益完善,Ⅲ~Ⅴ族三元、四元化合物半導(dǎo)體材料(GaInP、AlGaInP、GaInAs)的生長技術(shù)取得重大突破,為多結(jié)疊層太陽電池研制提供了多種可供選擇的材料。

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(yīng)性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。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(dá)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,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(fù)雜度。

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