砷化鎵太陽電池與Si電池、硅光電池的比較

    鋰電世界  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(duì)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(shí)，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(gè)擴(kuò)散度外產(chǎn)生的損傷，對(duì)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(gè)/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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(yùn)行。

    3、機(jī)械強(qiáng)度和比重

    砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時(shí)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(duì)抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。