GaAs太阳电池结构

如果要想使产生的电流最大化，那么太阳电池要能尽量捕捉太阳光谱中的光子才行，因此越小带隙的材料越能达到这目的。但是小带隙的材料却会导致比较小的光电压，而且一些具有较高能量的光子（亦即比较短的波长），它高出带隙的能量并不会转换成电能，而是以热的形式浪费掉如果选择大带隙的材料将会导致较小的光电流。单结太阳电池的设计1、GaAs太阳电池的结构在传统单结太阳电池的设计上，通常要选用带隙大小位于整个太阳辐射光谱中间的材料，才可达到最大的理论效率。也就是说，最佳的太阳电池材料的带隙约为1.4～1.5eV之间。这些单结的太阳电池材料的理论效率都在30%以下。由于单结太阳电池只能吸收和转换特定光谱范围的太阳光，因此能量转换效率不高。多结太阳能电池，按带隙宽度大小从上至下叠合起来，选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，就能大幅度提高电池的转换效率。多结太阳电池的设计1、GaAs太阳电池的结构多结太阳能电池可以选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，大幅度提高电池转换效率。多结太阳能电池，越上层的电池带隙越大。1、GaAs太阳电池的结构单结GaAs/Ge太阳电池为了克服GaAs/GaAs太阳电池机械强度较差、易碎的缺点，1983年起逐步采用Ge替代GaAs制备为衬底。1、GaAs太阳电池的结构多结GaAs/Ge太阳电池讨论分析1、带隙排列？2、为什么制备多结？1、GaAs太阳电池的结构多结GaAs/Ge太阳电池多结GaAs电池，按带隙宽度大小叠合，可以选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，大幅度提高光电转换。理论计算表明：双结GaAs太阳电池的极限效率为30%，三结GaAs太阳电池的极限效率为38%，四结GaAs太阳电池的极限效率为41%。小结单结太阳电池，通常要选用带隙大小位于整个太阳辐射光谱中间的材料，才可达到最大的理论效率。多结太阳能电池，可以选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，大幅度提高电池的转换效率。多结太阳能电池中，越上层的电池带隙越大。多结太阳能电池中，越下层的电池带隙越小。LPE是NELSON在1963年提出的一种外延生长技术。其原理是以低熔点的金属(如Ga、In等)为溶剂,以待生长材料(如GaAs、Al等)和掺杂剂(如Zn、Te、Sn等)为溶质,使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态,通过降温冷却使溶质从溶剂中析出,结晶在衬底上,实现晶体的外延生长。2、GaAs太阳电池两种制造技术LPE（liquidphaseepitaxy）技术——液相外延LPE技术优缺点：优点：缺点：LPE设备成本较低,技术较为简单,可用于单结GaAs/GaAs太阳电池的批量生产。异质界面生长无法进行、多层复杂结构的生长难以实现，外延层参数难以精确控制,这限制了GaAs太阳电池性能的进一步提高。20世纪90年代初，国外已基本不再发展该技术，但欧、俄、日等地区和国家仍保留LPE设备,用于研制小卫星电源。MOCVD是MANASEVIT在1968年提出的一种制备化合物半导体薄层单晶的方法。其原理是采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的金属有机化合物Ga(CH3)3、Al(CH3)3、Zn(C2H5)2等和Ⅴ族、Ⅵ族元素的氢化物(PH3、AsH3、H2Se)等作为晶体生长的源材料,以热分解的方式在衬底上进行气相沉积(气相外延),生长Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体及其三元、四元化合物半导体薄膜单晶。MOCVD（metal-organicchemicalvapordeposition）技术——金属有机化学气相外延2、GaAs太阳电池两种制造技术小结GaAs太阳电池有两种制备技术，为LPE和MOCVD。LPE（liquidphaseepitaxy）为液相外延法；MOCVD（metal-organicchemicalvapordeposition）金属有机化学气相外延法。70年代中期至90年代中期国内均采用LPE技术研制GaAs电池。90年代中期国内开始采用MOCVD技术研制GaAs电池。在1988年9月发射的FY21A星上,进行了我国首次GaAs电池的卫星标定试验。在1990年9月发射的FY21B星上,进行了4W组合件的电功率输出试验。2001年1月发射的“神舟3号”飞船和2002年5月发射的“海洋21”卫星上,进行了单结GaAs电池的搭载试验。3、GaAs太阳电池国内外应用1970年和1973年前苏联发射的“月行器”Ⅰ、Ⅱ宇宙飞船上装有实验用GaAs电池。1984年在“礼炮7号”飞船的主帆板上安装了1个GaAs电池方阵。1983年美国休斯公司在LIPSⅡ卫星上安装了由1800片2cm×2cmGaAs电池组成的方阵进行实验。1986年前苏联发射的“和平号”轨道空间站,装备了10kW单结GaxAlxAs/GaAs异质界面电池,方阵面积比功率达到180W/m2。1988年初日本发射的CS23通信卫星这是首颗采用多结电池的商业卫星。2002年6月美国发射的GalaxyI2IIC卫星采用了美光谱实验室生产的、效率高达26.5%的改进型三结GaInP2/GaAs/Ge太阳电池。3、GaAs太阳电池国内外应用总结单结太阳电池，通常要选用带隙大小位于整个太阳辐射光谱（）的材料，才可达到（）的理论效率。多结太阳能电池，（）选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，大幅度提高电池的转换效率。最大/最小可以/不可以GaAs属于（）化合物半导体材料。Ⅲ-Ⅴ族最大可以中间总结多结太阳能电池中，越上层的电池带隙越（）。多结太阳能电池中，越下层的电池带隙越（）。大/小大小总结为了克服GaAs太阳电池机械强度差、易碎的缺点，常用()为衬底。GaAs太阳电池有两种制造技术，()和()。GeLPEMOCVD