砷化镓太阳能光伏电池发展现状分析.doc

***化镓太阳能光伏电池发展现状分析一、***化镓电池基本介绍近年来,太阳能光伏发电在全球取得长足发展。常用光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池,然而由于原材料多晶硅的供应能力有限,加上国际炒家的炒作,导致国际市场上多晶硅价格一路攀升,最近一年来,由于受经济危机影响,价格有所下跌,但这种震荡的现状给光伏产业的健康发展带来困难。目前,技术上解决这一困难的途径有两条:一是采用薄膜太阳电池,二是采用聚光太阳电池,减小对原料在量上的依赖程度。常用薄膜电池转化率较低,因此新型的高倍聚光电池系统受到研究者的重视[1]。聚光太阳电池是用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦到几倍、几十倍,或几百倍甚至上千倍,然后投射到太阳电池上。这时太阳电池可能产生出相应倍数的电功率。它们具有转化率高,电池占地面积小和耗材少的优点。高倍聚光电池具有代表性的是***化镓(GaAs)太阳电池。GaAs属于III-V族化合物半导体材料,其能隙与太阳光谱的匹配较适合,且能耐高温。与硅太阳电池相比,GaAs太阳电池具有较好的性能[2]。二、***化镓电池与硅光电池的比较[3]1、光电转化率:***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。目前,硅电池的理论效率大概为23%,而单结的***化镓电池理论效率达到27%,而多结的***化镓电池理论效率更超过50%。2、耐温性常规上,***化镓电池的耐温性要好于硅光电池,有实验数据表明,***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***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,目前常把其制成薄膜,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。三、***化镓电池的技术发展现状1、历程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,,~。(GaAs材料的Eg=,在上述高效率范围内,理论上估算,GaAs单结太阳电池的效率可达27%)。20世纪60年代,Gobat等研制了第1个掺锌GaAs太阳电池,不过转化率不高,仅为9%~10%,远低于27%的理论值。20世纪70年代,IBM公司和前苏联Ioffe技术物理所等为代表的研究单位,采用LPE(液相外延)技术引入GaAlAs异质窗口层,降低了GaAs表面的复合速率,使GaAs太阳电池的效率达16%。不久,美国的HRL(HughesResearchLab)及Spectrolab通过改进了LPE技术使得电池的平均效率达到18%,并实现了批量生产,开创了高效率***化镓太阳电池的新时代[4]。从上世纪80年代后,GaAs太阳电池技术经历了从LPE到MOCVD,从同质外延到异质外延,从单结到多结叠层结构的几个发展阶段,其发展速度日益加快,效率也不断提高,目前实验室最高效率已达到50%(来自IBM公司数据),产业生产转化率可达30%以上。2、几项基本技术介绍GaAs生产方式有别于传统的硅晶圆生产方式,GaAs生产需要采用磊晶技术,这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸,比硅晶圆的12英寸要小得多,因此,制备其磊晶