Ⅲ-Ⅴ族化合物叠层太阳电池
III-V族化合物半导体太阳能电池_2023年学习资料
從能隙大小來看，磷化銦-InP、砷化镓GaAs、以-及碲化鎘CdTe等半導體材料，是極適合於製作高-效率的 陽能電池·-■能带間隙小於1.4~1.5電子伏特的半導體材料，其光波-的波長分布於紅外光的光譜區域，適合於 外光的光-波吸收。-■倘若將不同能隙的半導體材料，進行不同薄膜層的堆-叠，可以使其波長感度變得較大的區域分 ，因而可-以吸收不同波長的光譜，進而提升光電轉换效率。
大部分III-V族化合物半導體，是直接能隙半-導體，其能量與動量的轉移過程僅需要光子的-釋出-■-在間接能 半導體方面，其能量與動量的轉移-過程不僅僅是光子的釋出，而且其晶體的晶格-熱振動將產生動量的變化，進而衍生 聲子的-遷移效應
電子能量-電洞-hc-Eg能隙能量-動量-a
砷化镓太陽能電池基本特性-1.-高的光電能量轉换效率。-2.-適合於大面積薄膜化製程·-3.-高的抗輻射線 能·-4.-可耐高溫的操作。-5.-低成本而高效率化的生產製程。-6.-適用於太空衛星系統·-7.-可設計 特殊性光波長吸收的太陽能電池。-8.-極適合於聚光型或集光型太陽能電池應用。-9.-具有正負電極導電支架而 於插件安排。
III-V族化合物半導體太陽能電池
III-V族化合物半導體，是發光二極體元件製-作的主要材料，亦是太陽能電池元件的主要材-料之一，其中又以砷 镓為代表性材料。-■太陽能電池的基本原理是「光電效應Opto-Electro Effect」o-太陽能電池 件是二極體元件中的一種，它不-能發光而能夠發電，故又稱為「光伏特二極體-元件Photovoltaic Di de;PVD」或「光伏-特電池Photovoltaic Cell;PWC」。
砷化镓鋁/砷化镓AlGaAs/GaAs-20-矽Si-10-照度：135mW1cm2-100--50-15 -200-250-集光型太陽能電池的光電轉换效率-及其電池操作溫度的關係圖
Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的研究和应用
Ｏ ９ ３年 ， ｏ ｅ 等人 提 出在 Ｈｖｌ （ ） 度 就 能 充 分 吸 收 太 阳 光 ， 外 ， ａ ｓ ｌＰ等 材 料 还 具 效率 长 时 间未 能超 过 １ ％。直 到 １ ７ ｕｍ 的厚 此 Ｇ Ａ 、ｎ
ａ ｓ表 面 生 长 一 薄层 ＡＩ ａ — Ａ ｘ ｌ ｘ ｓ窗 口层 后 ，这 一 困 难 才 得 以 Ｇ 有 良好 的抗 辐 射 性 能 和 较 小 的温 度 系数 ，因 而 Ｇ Ａ ａ ｓ基 系 材 料 特 Ｇ Ａ 。 ＝ ＡＩ １ ｘ ｓ Ｇ Ｅ 一２１ 对 ｅ 别 适合 于 制 备 高效 率 、 间 用 太 阳 电池 。 Ｇ Ａ 空 ａ ｓ太 阳 电池 ， 无论 是 克服 当 ｘ ０８时 ， ｘ ａ 一 Ａ 是 间接 带 隙材 料 ，ｇ ． Ｖ， ｘ ｌ ｘ ｓ层 进 入 到 Ｇ Ａ Ｇ ａ ｓ层 单 结 电池 还 是 多结 叠 层 电池 所 获 得 的转 换 效 率 都 是 所 有 种 类 太 光 的 吸 收 很 弱 ，大 部 分 光将 透过 ＡＩ ａ — Ａ
ＡＩ ｌ ｘ ｓ层 起 到 了窗 口层 的作 用 。 Ｇ 由于 ＡＩ ａ — Ａ ／ ａ ｓ ｘ ｌ ｘ ｓＧ Ａ Ｇ 阳 电池 中最 高 的 。 据 最 新 报道 ， 国 Ｓ ｅ ｔ ｌ 美 ｐ ｃｒ ａ ｏ ｂ公 司 （ 谱 实 验 中 ， ｘ ａ — Ａ 光
界面 态 的 密度 低 ， 光 生载 流 子 的复 合 较 少 。采 对 室） 已研 制 出效 率高达 ４ ７ ０ ％的三结 聚光Ｇ ｉＰＧ ｌＡ ／ ｅ叠层 太 界面 晶格 失配 小 ， ａｎ ／ ａｎ ｓＧ
Ｅ－ ｍａｉ ｘａ ｈｘ ｉｎｇ＠ ｒ ｄ．ｅ ｉ ．ｒ ｅ ｓ ｍ ｃｌ ａｃ
慢。 因而 Ｇ Ａ ａ ｓ太 阳电 池 ， 特别 是 Ｇａｎ ／ ｌＡ ／ ｌＰ Ｇａｎ ｓ Ｇｅ三 结叠 层太 阳 电池在 空 间能源 领域 获得 了越 来越 广 泛的应 用 。 近年 来 。 光 川一 聚 Ｖ族 太 阳电池 的研 究进展 迅 速。 为其地 面应 用打 下 了基 础 。
叠层太阳电池
叠层太阳电池引言：太阳能电池是一种利用太阳能转化为电能的设备，它的应用范围非常广泛，从家庭用电到航天科技，都有着不可替代的作用。
而叠层太阳电池则是太阳能电池的一种新型形式，它的出现为太阳能电池的应用带来了更多的可能性。
一、什么是叠层太阳电池叠层太阳电池是由多个太阳能电池单元叠加而成的一种太阳能电池。
它的结构与传统的太阳能电池不同，传统的太阳能电池只有一个电池单元，而叠层太阳电池则是由多个电池单元叠加而成的。
这种结构的设计使得叠层太阳电池的转化效率更高，同时也更加稳定。
二、叠层太阳电池的优势1.更高的转化效率叠层太阳电池的多层结构使得它的转化效率更高。
因为每一层电池单元都可以吸收太阳能的一部分，这样就可以将太阳能的能量更充分地利用起来，从而提高了转化效率。
2.更加稳定叠层太阳电池的多层结构也使得它更加稳定。
因为每一层电池单元都可以起到一个支撑作用，这样就可以减少电池单元之间的位移，从而减少了电池单元之间的损坏。
3.更加灵活叠层太阳电池的多层结构也使得它更加灵活。
因为每一层电池单元都可以根据需要进行调整，这样就可以根据不同的应用场景进行设计，从而更好地满足不同的需求。
三、叠层太阳电池的应用叠层太阳电池的应用范围非常广泛，它可以应用于家庭用电、航天科技、交通运输等领域。
在家庭用电方面，叠层太阳电池可以用于太阳能发电系统，从而为家庭提供更加稳定的电力供应。
在航天科技方面，叠层太阳电池可以用于卫星的能源供应，从而为卫星的运行提供更加可靠的保障。
在交通运输方面，叠层太阳电池可以用于电动汽车的能源供应，从而为电动汽车的发展提供更加可靠的支持。
结论：叠层太阳电池是一种新型的太阳能电池，它的多层结构使得它具有更高的转化效率、更加稳定和更加灵活的特点。
它的应用范围非常广泛，可以应用于家庭用电、航天科技、交通运输等领域。
相信在未来的发展中，叠层太阳电池将会发挥越来越重要的作用。
《太阳能光伏电池》考试复习资料4
简述非晶硅薄膜太阳电池为什么用p-i-n结构？由于非晶硅材料具有独特的性质，所以其太阳电池结构不同于晶体硅中的简单的p-n结结构，而是p-i-n结构。
这是因为非晶硅材料属于短程有序、长程无序的晶体结构，对载流子有很强的散射作用，导致载流子的扩散长度很短，使得光生载流子在太阳电池中只有漂移运动而无扩散运动。
因此，单纯的非晶硅p-n结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈电阻特性，而无整流特性，也就不能制作太阳电池。
为此，要在p层与n层之间加入较厚的本征层i，以扼制其隧道电流，所以，为了解决光生载流子由于扩散限制而很快复合（即隧道电流）的问题，非晶体硅薄膜太阳电池一般被设计成pin结构，其中p为入射光层，i为本征吸收层，n为基层地。
简述表面钝化常用的方法有哪些？表面氧钝化和氢钝化，表面钝化工艺有：掺氯氧化法、磷硅玻璃钝化法、氮化硅钝化法、三氧化二铝钝化法、半绝缘多晶硅钝化法、低压化学气相淀积钝化法、金属氧化物钝化法、有机聚合物钝化法、玻璃钝化法等数十种钝化方法。
Pin电池片和nip电池片由于其制膜顺序完全相反，各有自己的特点：①从大的不同点说起话，顺序为pin电池片的透明电极在nip电池片里是背面电极，在接近表面的一侧。
在基片上形成的透明电极是氧化物，在形成微晶电池片时，有被氢原子还原的担心，pin型电池片的最佳吸收宽度会变窄。
nip型在金属基片或绝缘基片上形成金属薄膜，可形成微晶硅，由于不受氢还原的影响，在高温下也可形成膜，可以扩大最佳吸收宽度。
②从集成结构的观点来看，pin用的是与非晶相类似的集成化技术，有可能形成超级线性集成结构，nip电池片要和非晶硅电池片一样形成超级线性结构，在同一基片上叠层时，要用与Cu（In，Ga）Se2太阳能电池同样的方法集成。
简述CIS和CIGS系太阳能电池的新进展表现在哪些地方。
(P119)1）Cd自由缓冲层。
关于不用Cd的缓冲层的开发研究，目前是相当活跃的。
使用CIGS系太阳能电池时，Cd的的绝对量是非常少的，是住宅应用时几乎不产生问题的用量，但对于环保的太阳能电池,还是应该考虑尽量避免使用。
砷化镓材料物理特性及应用
砷化镓物理特性及应用院系：可再生能源学院专业：新能源材料与器件班级：能材1201班**: ***学号：**********2015年1月摘要：文章从砷化镓材料的结构，物理特性以及应用方面，对砷化镓材料进行了简单的介绍和了解。
Ⅲ-Ⅴ族半导体砷化镓具有禁带宽度大且为直接带隙、本征载流子浓度低，而且具有半绝缘性能，其具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性，制造的器件也具有特殊用途和多样性,应用已经延伸到硅、锗器件所不能达到的领域，是用途广泛，非常重要的一种半导体材料。
关键词：砷化镓直接带隙结构Ⅲ-Ⅴ族半导体半绝缘砷化镓一．引言化合物半导体材料砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）是微电子和光电子的基础材料，而砷化镓则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。
由于砷化镓具有电子迁移率高（是硅的5~6倍）、禁带宽度大（它为1.43eV，Si为1.1eV）且为直接带隙，容易制成半绝缘材料（电阻率107~109Ωcm）、本征载流子浓度低、光电特性好。
用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能满足集成光电子的需要。
它是目前最重要的光电子材料，也是继硅材料之后最重要的微电子材料，它适合于制造高频、高速的器件和电路。
此外, GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。
所以,用该材料制造的器件也具有特殊用途和多样性,其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。
即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下, GaAs材料器件的销售市场仍然看好[1]。
当然, GaAs材料也存在一些不利因素,如:材料熔点蒸气压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵等,这都大大影响了其应用程度。
然而, GaAs材料所具有的独特性能及其在军事、民用和产业等领域的广泛用途,都极大地引起各国的高度重视,并投入大量资金进行开发和研究。
二．材料的结构2.1砷化镓的晶体结构砷化镓晶格是由两个面心立方(fcc)的子晶格(格点上分别是砷和镓的两个子晶格)沿空间体对角线位移1/4套构而成。
叠层太阳能电池最高效率
叠层太阳能电池最高效率（最新版）目录1.引言2.叠层太阳能电池的概念和原理3.叠层太阳能电池的优点4.叠层太阳能电池的发展现状5.叠层太阳能电池的未来展望6.结论正文一、引言随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重，太阳能作为一种清洁、可再生的能源得到了广泛关注。
太阳能电池作为太阳能利用的关键装置，其光电转换效率直接影响到太阳能的利用率。
因此，提高太阳能电池的光电转换效率是实现可持续发展的重要途径。
叠层太阳能电池，作为有机光伏（OPV）材料的一种，以其低成本、丰富的原材料以及制备成柔性和半透明器件等优点，成为新一代太阳能电池的重要研发对象。
二、叠层太阳能电池的概念和原理叠层太阳能电池是一种将具有互补吸收光谱的两个本体异质结（BHJ）电池堆叠形成串联叠层电池结构。
这种结构可以有效地利用更宽范围的太阳光谱和减少光子能量的量子损失。
在有机太阳能电池中，叠层结构已被广泛应用于传统无机太阳能电池。
三、叠层太阳能电池的优点叠层太阳能电池具有以下优点：1.较高的光电转换效率：由于叠层结构可以充分利用太阳光谱，因此相较于单层电池，叠层太阳能电池具有更高的光电转换效率。
2.较低的成本：叠层太阳能电池采用低成本的有机材料，且制备工艺相对简单，有利于降低成本。
3.柔性和半透明特性：叠层太阳能电池可以制备成柔性和半透明器件，具有广泛的应用前景。
四、叠层太阳能电池的发展现状目前，叠层太阳能电池的研究主要集中在提高光电转换效率和降低成本两个方面。
在研究过程中，已经取得了一定的成果，但仍面临许多挑战。
五、叠层太阳能电池的未来展望随着科学技术的进步，叠层太阳能电池在未来有着广阔的应用前景。
在未来，叠层太阳能电池将在以下几个方面取得突破：1.光电转换效率的提高：通过优化电池结构、材料选择和制备工艺等方面，进一步提高叠层太阳能电池的光电转换效率。
2.成本的降低：通过大规模生产、材料成本的降低和制备工艺的简化，降低叠层太阳能电池的成本。
半导体材料学习资料：Ⅲ-Ⅴ族化合物的制备及其特征
移动电话 近些年来移动电话飞速发展，年增长率达两三 倍。由于用户的增加和功能的扩大，就必须提高其使用的频 率。在较高的频率下，砷化镓器件与硅器件相比.具有使用 的电压低、功率效率高、噪声低等优点，而且频率愈高，两 种器件在上述性能方面的差距愈大。所以现在移动通信成了 砷化镓微波电路的最大用户。
GaN材料特点
① 宽带隙化合物半导体材料，有很高的禁带宽度（2.3 — 6.2eV)，可以覆盖红、黄、绿、蓝、紫和紫外光谱范围 ， 是到目前为止其它任何半导体材料都无法达到的
② 高频特性，可以达到300G Hz（硅为10G，砷化镓为80G） ③ 高温特性，在300℃正常工作（非常适用于航天、军事和
用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度 高，能满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料 ，也是继硅材料之后最重要的微电子材料，它适合于制造高频 、高速的器件和电路。 已获应用的砷化镓器件: ①微波二极管，耿氏二极管、变容二极管等; ②微波晶体管:场效应晶体管(FET).高电子迁移率晶体管(HEMT) ，异质结双极型晶体管(HBT)等; ③集成电路:微波单片集成电路(MMIC )、超高速集成电路 (VHSIC)等; ④红外发光二极管:(IR LED); 可见光发光二极管(LED，作衬底 用); 激光二极管(LD);. ⑤光探测器; ⑥高效太阳电池; ⑦霍尔元件等
其它高温环境） ④ 电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好 ⑤ 耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境） ⑥ 高压特性（耐冲击，可靠性高） ⑦ 大功率（对通讯设备是非常渴望的）
GaN应用前景
叠层化合物太阳能电池原理及应用
五、GaAs叠层太阳能电池
GaAs 半导体材料的特点 GaAs 是典型的III-V 族化合物半导体材料，具有直接能带 隙，带隙宽度为1.42eV（300K），正好为 高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的太阳能电池材料。 [1]其主要特点： 1.光吸收系数高。GaAs 太阳能电池的有源区厚度多选取 3um 左右，就可以吸收95%的太阳光谱中最强的部分。 2.带隙宽度与太阳光谱匹配。GaAs 的带隙宽度正好位于 最佳太阳电池材料所需要的能隙范围，具有更高的理论转 换效率。 3.耐高温性能好。GaAs 太阳能电池效率随温度升高降低 比较缓慢，可以工作在更高的温度范围。 4.抗辐照性能强。GaAs 是直接带隙材料，少数载流子寿 命较短，在离结几个扩散度外产生损伤，对光电流和暗电 流均无影响，因此，GaAs 太阳能电池具有较好的抗辐照 性能。 5.多结叠层太阳电池的材料。由于III-V 族三、四元化合物 （GaInP、AlGaInP、GaInAs 等）半导体材料生长技术日益 成熟，使电池的设计更为灵活，从而大幅度提高太阳电池 的效率并降低成本。
四、叠层太阳能电池的制备方法
叠层太阳能电池的制备可以 通过两种方式得到。一种是 机械堆叠法，先制备出两个 独立的太阳能电池，一个是 高带宽的,一个则是低带宽的。 然后把高带宽的堆叠在低带 宽的电池上面；另一种是一 体化的方法，先制备出一个 完整的太阳能电池，再在第 一层电池上生长或直接沉积 在第一层电池上面。
图2 GaInP2/GaAs双结太阳能电池
三结GaAs太阳能电池对太阳光谱的利用率
六、叠层化合物太阳能电池应用
• 最近厦门三安的GaAs/Ge多结太阳能电 池外延片关键技术研制及产业化项目 宣称，其研制的多结太阳能电池光电 转换效率达27%，远高于19.5%的硅电 池最高转换效率。并具有更强的抗辐 照能力、更好的耐高性能，加上聚光 技术的应用（降低成本），将是新一 代高性能长寿命太阳能电池最具发展 潜力的产品。主要应用于通信卫星供 电、太阳能庭院灯、太阳能发电户用 系统、村寨供电的独立系统、光伏水 泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油 输油管道阴极保护、光缆通信泵站电 太阳能路灯电池板和应用 源、海水淡化系统、城镇中路标、高 产品 速公路路标等。
GaAs电池
砷化镓太阳能电池
• 中文名称： 中文名称：
– 砷化镓太阳能电池
• 英文名称： 英文名称：
– gallium arsenide solar cell
• 定义： 定义：
– 以砷化镓为基体材料的太阳能电池。
• 砷化镓晶片发展前景 • 2010年5月，新一期英国《自然》杂志报告说，美国 研究人员研发出一种可批量生产砷化镓晶片的技术，克服 了成本上的瓶颈，从而使砷化镓这种感光性能比硅更优良 的材料有望大规模用于半导体和太阳能相关产业[2]。 • 美国伊利诺伊大学等机构研究人员报告说，他们开发 出的新技术可以生成由砷化镓和砷化铝交叠的多层晶体， 然后利用化学物质使砷化镓层分离出来，可同时生成多层 砷化镓晶片，大大降低了成本。这些砷化镓晶片可以像 “盖章”那样安装到玻璃或塑料等材料表面，然后可使用 已有技术进行蚀刻，根据需要制造半导体电路或太阳能电 池板。 • 不过，该技术目前还只能用于批量生产较小的砷化镓 晶片，如边长500微米的太阳能电池单元。下一步研究将 致力于利用新技术批量生产更电池是一种Ⅲ2 Ⅴ族化合物 半导体太阳电池,与Si 太阳电池相比,其特点 为: • a) 光电转换效率高 GaAs 的禁带宽度较Si 为 • 宽,GaAs 的光谱响应特性和空间太阳光谱 匹配能力亦比Si 好,因此, GaAs 太阳电池的 光电转换效率高。Si 太阳电池理论效率为 23 % ,而单结和多结GaAs 太阳电池的理论 效率分别为27 %和50 %。
砷化镓太阳能充电器, 砷化镓太阳能充电器,
三结砷化镓太阳能电池 三结砷化镓太阳能电池片 砷化镓太阳能电池片
• 砷化镓太阳能电池
砷化镓太阳电池技术的进展与前景
• • • • • • • • • • • GaAs 太阳电池的发展已有40 余年的历史。20 世纪50 年代首次发现GaAs 材料具有光伏效应后, LOFERSKI 确立了太阳电池光电转换效率与材料 禁带宽度Eg 间的关系,即Eg = 1. 4～1. 6 eV 的材 料光电转换效率高。而GaAs 材料的Eg = 1. 43 eV , 能获得较高的转换效率。J ENN Y等首次制成GaAs 太阳电池,其效率为6. 5 %。60 年代GOBAT 等研 制了第1 个掺锌GaAs 太阳电池,但转换效率仅为 9 %～ 10 % , 远低于27 % 的理论值。70 年代, WOODAL 等采用L PE 技术,在GaAs 表面生长一 层宽禁带Al x Ga12 x As 窗口层,大大减少了表面复
叠层太阳能电池工艺流程
叠层太阳能电池工艺流程叠层太阳能电池是一种多层结构的太阳能电池，由不同材料组成的多层薄膜或晶体层叠而成。
其工艺流程主要包括以下几个关键步骤：1.衬底制备：选择合适的衬底材料，常用的有玻璃、金属、聚合物等。
衬底上可能需要进行一系列的前处理，如清洗、抛光等。
2.底层薄膜沉积：在衬底上通过化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）或溶液法等方法沉积底层薄膜，常见的底层材料有氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）等。
3.活性层沉积：在底层薄膜表面沉积光电转换的活性层材料。
常用的活性层材料有硅（Si）、硒化铜铟（CIGS）、硫化钙钛矿（perovskite）等。
4.透明导电层沉积：在活性层上方沉积一层透明导电材料，主要用于收集光电转换的电流。
常用的透明导电层材料有氧化锡（SnO2）和氧化铟锡（ITO）等。
5.顶层透明保护层沉积：为了提高太阳能电池的稳定性和抗氧化性，可以在透明导电层上方沉积一层透明保护层。
常用的材料有二氧化硅（SiO2）、氮化硅（SiNx）等。
6.电极制备：在顶层透明保护层上方制备金属电极，常用的金属有铝（Al）、银（Ag）等。
电极通过光电转换层和导电层收集电流，并提供外界接触的导电路径。
7.封装和背板制备：将制备好的太阳能电池进行封装，以保护电池结构和材料不受外界环境的影响。
封装通常包括背板、密封层和玻璃保护面板等。
以上是叠层太阳能电池的基本工艺流程，具体流程和材料的选择可能因不同的技术和制造商而有所差异。
叠层太阳能电池的制备过程较为复杂，需要高精度设备和严密的工艺控制，以确保高效的能量转换和稳定的性能。
砷化镓基系 III-V 族 化合物半导体太阳电池的发展和应用 (9)
4.3 半导体键合技术(SBT)制备的四～五结叠层聚光电池2014年9月，德国Fraunhofer 太阳能系统研究所等单位报道，他们采用SBT 研制的四结叠层GaInP/GaAs//GaInPAs/GaInAs 聚光电池在324倍AM 1.5D 光强下，达到了当前国际最高电池效率46.5%(5.42 mm 2)[2]。
四结电池分两步制备。
首先在GaAs(晶格常数为5.65 Å)衬底上反向生长与之晶格匹配的高质量的Ga 0.51In 0.49P/GaAs 宽带隙(1.88/1.42 eV)两结叠层电池，在InP(晶格常数5.87 Å)衬底上正向生长与之晶格匹配的高质量的Ga 0.15In 0.85P 0.65As 0.35/Ga 0.47In 0.53As 窄带隙(1.09/0.74 eV)两结叠层电池，然后将GaAs 电池表面与GaInPAs 电池表面进行键合，剥离GaAs 衬底，形成图14所示的四结叠层电池结构，其中键合面用//表示。
电池表面形成欧姆接触，正表面有栅电极和MgF 2/Ta 2O 5减反射层。
为实现异质半导体//半导体表面高质量的键合，需进行适当的表面修饰。
要求两个表面必须具备很低的表面粗糙度、无微粒沾污、无自然氧化层，且表面态可控，以获得高电导率和适当的后退火处理。
为了降低成本和提高成品率，Fraunhofer 等单位利用一种异质衬底，将超薄InP 单晶层置于异质衬底表面，以制备叠层电池。
在此之前，2014年6月美国光谱实验室(SPL)报道，他们采用SBT 研制了五结叠层电池。
其中，在GaAs 衬底上生长三结宽带隙(2.2/1.7/1.4 eV)电池，InP 衬底上生长两结窄带隙(1.05/0.73 eV)电池，然后进行直接键合和剥离GaAs 衬底，完成五结叠层电池的制作。
在AM 1.5G 、AM 0光谱和1倍太阳光强下，其电池效率分别达到38.8%(1 cm 2)和35.8%(4 cm 2)，这是迄今报道的在非聚光条件下太阳电池的最高效率[37]。
2.4.1多元化合物薄膜太阳电池
Ⅲ-V族化合物的优点之一是，它的能隙宽，而且使用三元或四元 的混合Ⅲ-V族化合物（例如InGaP、AlGaAs、GaInNAs、 GaNAs等）更能使能隙设计的变化更大
不同材料之间的连接线，表示结合不同比例的这两种材料所形成的 三元或四元化合物的能隙大小。
由于太阳电池的理论转换效率，与半导体的能隙大 小有关，一般最佳的太阳电池测量的能隙为1.4～ 1.5eV之间，所以能隙为1.43eV的GaAs及1.35eV的 InP会比1.1eV的硅更适合用在高效率的太阳电池上，
GaInP/GaAs/Ge太阳电池
因为可以达到30%左右的效率，使得GaInP/GaAs/Ge成 为目前最普遍的Ⅲ-V族多结太阳电池。
它是由GaInP、GaAs、Ge等三个太阳电池串联在一起 构成的，
它的主要优点是GaInP、GaAs、Ge等三个半导体材料 具有非常接近的晶格常数，使得异质外延的生长相对的 比较容易
此外在GaAs电池下面的GaxIn1-xP薄膜，是作为背 面效场层的目的。
GaInP电池
在GaAs上面生长出的GaxIn1-xP薄膜，其能 隙大小，除了跟组成有关，也与GaxIn1-xP薄 膜的生长条件及品质有关，例如生长温度、生 长速率、磷的分压及掺杂物的浓度等。
GaxIn1-xP薄膜的掺杂物
如果选择大能隙的材料将会导致较小的光电流。
在传统单结太阳电池的设计上，通常要选用能 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 阳电池材料的能隙约为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
材料的理论效率及相对的能隙及光电流、光电压之间的关系。
多结面太阳电池的设计要考虑到的重点
Ⅲ-Ⅴ族叠层太阳电池辐照衰减现象初探
０ 引言
基 于砷 化镓 的多结 太 阳 电池技 术 迅速 发 展， 取 得 了里程 碑 式突 破 。 时至今 天 ， ｌＰ ＧａＩ） ｓ ￣ 并 Ｇａ Ｊ （ Ａ ／ ＝ ｎ ｎ Ｇｅ 结 级连太 阳 电池大 规模 生产 的ＡＭ０ 均效 率 已接近 ３％。在高倍 聚光 条件 下 ， 种 多结太 阳 电池 的ＡＭ１ 平 ０ 这 ． ５ 效 率 已接 近 ４ ％。１— Ｖ族多 结太 阳 电池 ， ０ １ Ｉ 作为 光伏 领 域 内新 的技术 突 破 ， 有着 广 阔的发 展 与应用 前 景 。【 １ 然而 ， 在研 究 中 同时也 发现 辐照衰 减 现象对 太 阳 电池 的性 能有着 重要 的影 响。如 何探 索和 归 纳 Ⅲ一 Ｖ族 多 结太 阳 电池 的辐照 衰减现 象对 其抗辐 照 设计有着 特殊 的 意义 。
广泛 和最深 入 的就 是 Ｇａ 基 系多 结叠层太 阳 电池 。 Ａｓ 由三结 叠层太 阳 电池光谱 原理 图可见 ， 结叠 层 电池 在光 学上表现 为对 光谱 的分 段吸 收 ， 三 已基 本实 现 了 对 太 阳光谱 全 波 段 的吸 收 。其 中， ａｍ ： 电池 （ ｇ 为 １８ｅ 吸 收 的 是光 子 能量 大 于 １ ５ Ｖ的太 阳光 ， Ｇ ＩＰ 顶 Ｅ ｌ ．５Ｖ） ．ｅ ８ 即 ： 长 ＜６ ０ ｍ的 ＡＭ０ 波 ７ｎ 光谱 短波 区 ； Ａｓ Ｇａ 中电池 （ ｇ 为 １ ２ ｅ 吸 收 的是光 子 能量 大于 １ ２ Ｖ的太 阳 Ｅ ２ ． ４ Ｖ） ４ ．ｅ ４ 光 ， ： 长 为 ６ ０ｍ一８ ｒ 的ＡＭ０ 谱 中波 区 ； 底 电池 （ ｇ 为 ０６ ｅ ） 收 的是 光 子 能量大 于 ０６ ｅ 即 波 ７ｎ ８ ０ ｍ ｉ 光 Ｇｅ Ｅ ３ ．７Ｖ 吸 ．７ Ｖ
Ｖ０ ＿ Ｎｏ２ Ｉ ． ９
Ⅲ-Ⅴ族三结抗辐照太阳电池结构的改进初探
（ ４）
收 稿 日期 ：０ ０ ２ １ ２ １ —１ — ７
作 者 简 介 ： 易立 （９３ ）男 ， 苏海门人 ， 通航运职业技 术学院机 电系助教 ， 石 １８一 ， 江 南 硕士 。
第２ 期
石易立 ： Ｖ族 三结抗辐照太 阳电池结构的改进初探 Ⅲ一
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第 １卷 第 ２ ０ 期 ２ １年 ６ ０１ 月
南通航运职业技术 学院学报
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Ｉ— Ｉ Ｖ族三结抗辐照太阳电池结构的改进初探 Ｉ
叠层化合物太阳能电池原理及应用
五、GaAs叠层太阳能电池
GaAs 半导体材料的特点 GaAs 是典型的III-V 族化合物半导体材料，具有直接能带 隙，带隙宽度为1.42eV（300K），正好为 高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的太阳能电池材料。 [1]其主要特点： 1.光吸收系数高。GaAs 太阳能电池的有源区厚度多选取 3um 左右，就可以吸收95%的太阳光谱中最强的部分。 2.带隙宽度与太阳光谱匹配。GaAs 的带隙宽度正好位于 最佳太阳电池材料所需要的能隙范围，具有更高的理论转 换效率。 3.耐高温性能好。GaAs 太阳能电池效率随温度升高降低 比较缓慢，可以工作在更高的温度范围。 4.抗辐照性能强。GaAs 是直接带隙材料，少数载流子寿 命响，因此，GaAs 太阳能电池具有较好的抗辐照 性能。 5.多结叠层太阳电池的材料。由于III-V 族三、四元化合物 （GaInP、AlGaInP、GaInAs 等）半导体材料生长技术日益 成熟，使电池的设计更为灵活，从而大幅度提高太阳电池 的效率并降低成本。
图2 GaInP2/GaAs双结太阳能电池
三结GaAs太阳能电池对太阳光谱的利用率
六、叠层化合物太阳能电池应用
• 最近厦门三安的GaAs/Ge多结太阳能电 池外延片关键技术研制及产业化项目 宣称，其研制的多结太阳能电池光电 转换效率达27%，远高于19.5%的硅电 池最高转换效率。并具有更强的抗辐 照能力、更好的耐高性能，加上聚光 技术的应用（降低成本），将是新一 代高性能长寿命太阳能电池最具发展 潜力的产品。主要应用于通信卫星供 电、太阳能庭院灯、太阳能发电户用 系统、村寨供电的独立系统、光伏水 泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油 输油管道阴极保护、光缆通信泵站电 太阳能路灯电池板和应用 源、海水淡化系统、城镇中路标、高 产品 速公路路标等。
有机叠层太阳能电池
有机叠层太阳能电池有机叠层太阳能电池：1.什么是有机叠层太阳能电池有机叠层太阳电池（Organic Photovoltaic，OPV）是一种非常新颖的太阳能电池技术，它使用材料厚度仅为数百纳米的有机半导体和金属层来捕获能量并将其转换为电能。
这是一种“印刷电池”技术，也可以通过在很薄的材料上层叠来制造电池，从而大大降低了成本，而且可以比传统太阳能电池输出更高的电能性能。
2.有机叠层太阳能电池优势（1）体积小：有机叠层太阳能电池太阳能电池只有几微米厚，可以制成超薄型的太阳能组件，而传统太阳能电池的厚度需要很多毫米，这种技术能够大大减少太阳能电池的体积，重量轻，可以是其他组件的集成，应用的能力更广泛。
（2）成本低：由于有机叠层太阳能电池本身十分薄，用起来特别方便，而且成本低，在原材料成本上只占2%以内，大大降低了整个电池成本，可更好地适应产业化生产。
（3）有效率：有机叠层太阳能电池的有效率比传统太阳能电池要高，其最高有效率可以达到13.1%至14.0%之间，让太阳能发电更加经济高效。
3.有机叠层太阳能电池应用领域（1）智能手机：有机叠层太阳能电池的超薄体积可以帮助智能手机实现有效电能充放，其安装也可以集中于手机表面，不影响其原有美观性。
（2）平板电脑：有机叠层太阳能电池可以用于平板电脑，用于实现太阳能给平板电脑带来的可再生的能源。
（3）车载：有机叠层太阳能电池的薄厚度可以实现车载太阳能动力，可用于调节汽车电路、消耗燃料、改善汽车性能以及改善汽车外观。
（4）畜牧业：畜牧业可以利用有机叠层太阳能电池技术，用于兽类照料、温度诊断系统以及消防监管系统，大大降低农牧业的成本。
4.结论有机叠层太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，其超薄体积、成本低和有效率高的优势使其具有更广泛的应用前景，特别是用于智能手机、平板电脑、车载和畜牧业场景，都可以带来革新性的能源可再生应用。
无机半导体问题回答
无机半导体
无机半导体是指由非有机物质构成的半导体材料，通常是由金属和非金属元素组成的化合物。
无机半导体具有很多优异的性能，如高温稳定性、较高的载流子迁移率、较高的硬度和熔点等，因此被广泛应用于电子学、光电子学和太阳能电池等领域。
无机半导体主要分为两类：Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物。
其中，Ⅲ-Ⅴ族化合物包括氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）、磷化铟（InP）等；Ⅱ-Ⅵ族化合物包括硫化镉（CdS）、硒化锌（ZnSe）等。
无机半导体具有很多优异的性能，其中最重要的是其能够在一定温度范围内形成p型和n型材料。
这是由于无机半导体中存在着不同种类的杂质原子，它们可以改变材料中自由电子和空穴浓度的大小。
通过控制这些杂质原子浓度及其类型，可以实现p型或n型掺杂。
除了掺杂外，无机半导体还具有很高的载流子迁移率。
这意味着在电场的作用下，电子和空穴可以快速地在材料中移动，从而形成电流。
这种现象被广泛应用于半导体器件中，如二极管、晶体管、太阳能电池等。
此外，无机半导体还具有很高的热稳定性和光学性质。
例如，在高温
下，无机半导体仍然可以保持其半导体特性，这使得它们在高温环境
下仍然能够正常工作。
同时，无机半导体还可以吸收特定波长的光线，并将其转换为电信号或热能。
总之，无机半导体是一种非常重要的材料，在现代电子学和光电子学
中有着广泛的应用。
随着技术的不断发展和完善，无机半导体将会在
更多领域发挥其重要作用。
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Ⅲ-Ⅴ族化合物叠层太阳电池摘要叠层太阳电池是一种重要的新概念电池。
本文简要介绍了叠层太阳电池的基本概念，了解了Ⅲ-Ⅴ族化合物的特点及为何Ⅲ-Ⅴ族化合物适用于制作叠层电池。
怎样实现Ⅲ-Ⅴ族化合物叠层太阳能电池的工作原理、光伏特性及影响转换效率的因素等。
探讨了相关的技术发展概况和技术难点，并就未来的发展趋势进行了展望。
关键词：Ⅲ-Ⅴ族化合物；太阳电池；新概念能源III-V compound semiconductor multi-junctionmonolithic solar cellAbstractMulti-junction monolithic solar cells is a new important concept of battery.This paper briefly introduces the basic concept of multi-junction monolithic solar cells,to understand the characteristics of III-V compound and why III-V compound is suitable for manufacturing multi-junction monolithic solar cells.How to realize the III-V compound laminated working principle of solar cells,photovoltaic properties and Influence factors of conversion efficiency etc.The relative progress and difficulty in technology was discussed．And the future direction was prospected．Key words：III-V compound；solar cells；new concept resource自从20世纪50年代人类发明了硅太阳电池以来，太阳电池就成了电源的主要角色。
在接下来的几十年里，太阳电池技术不断进步。
由于空间恶劣的环境和空间飞行器不断对电源系统提出更高的要求，人们日益迫切需要更高转换效率、更好抗辐照性和适应空间恶劣温度变化的太阳电池出现。
同时，在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术也普遍得到各国政府的重视和支持。
太阳能电池的工作原理是，太阳光照在半导体P—N结上，形成空穴一电子对，在P—N结电场的作用下，N型半导体的空穴往P型区移动，P型区中的电子往N型区移动。
接通电路后就形成电流。
太阳能电池发展经历了三个阶段。
以硅片为基础的“第一代”太阳能电池其技术发展已经成熟．但单晶硅纯度要求在99．999％，生产成本太高使得人们不惜牺牲电池转换率为代价开发薄膜太阳能电池。
第二代太阳电池是基于薄膜材料的太阳电池。
薄膜技术所需材料较晶体硅太阳电池少得多．且易于实现大面积电池的生产，可有效降低成本。
薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池，其中以多晶硅为材料的太阳能电池最优。
太阳能光电转换率的卡诺上限是95％[1]，远高于标准太阳能电池的理论上限33％，表明太阳能电池的性能还有很大发展空间。
Martin Green认为，第三代太阳电池必须具有如下条件：薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒[2]。
目前第三代太阳电池还处在概念和简单的试验研究。
已经提出的主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。
其中．叠层太阳能电池是太阳能电池发展的一个重要方向。
一、叠层太阳电池简介由于太阳光光谱的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子。
太阳光中能量较小的光子将透过电池被背电极金属吸收，转变成热能；而高能光子超出禁带宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子，使材料本身发热。
这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效电能。
因此对于单结太阳能电池，即使是晶体材料制成的，其转换效率的理论极限一般也只有25%左右。
所以为了提高太阳能电池转换效率，叠层太阳能电池问世。
太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按禁带宽度从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用，这就有可能最大限度地将光能变成电能，这样结构的电池就是叠层太阳能电池[3]。
叠层太阳能电池可以通过机械堆叠法来制备，先制备出两个独立的太阳能电池，一个是高带宽的，一个则是低带宽的，然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面。
黄素梅、孙卓等[4]发明了一种高效叠层太阳能电池的制备方法．顶层和底层共用同一块玻璃基板，从顶层太阳电池引出一对电极．同时从底层太阳电池引出另一对电极．构成4个终端结构的叠层太阳能电池。
实现对太阳能电池的最佳匹配．极大地提高太阳能电池的光电转换效率。
提高太阳能电池的质量和性能。
该方法有效地改善了单个太阳能电池光谱吸收范围窄，光吸收利用效率低的问题，有效地提高了太阳能电池对光谱的吸收转换效率，其光电转换效率可高达25％～30％。
二、叠层太阳电池的结构分类2.1 垂直串联叠层太阳电池这种叠层太阳电池是利用MBE或MOCVD技术从下至上连续生长具有不同禁带宽度的p-n结子电池，并在各子电池之间插入超薄垂直掺杂的隧穿结，利用光生载流子的隧穿效应实现各级子电池互联的方法。
如果将各p-n结直接串联在一起，会由于它们的反向偏置而不能实现载流子运输。
采用高浓度掺杂实现的隧穿结，可以恰到好处的解决这一个问题。
如此，高质量隧穿结的制备便成为高效率叠层太阳电池制作的关键。
其一，作为能够有效的互连两个子电池的隧穿结，应该具有高透光率和低阻抗的特点。
其二，上电池和下电池的晶格常数和热膨胀系数也应该尽可能的相匹配。
其三，为避免隧穿结对叠层太阳电池的短路电流造成损失，隧穿结的峰值隧穿电流必须远远大于叠层太阳电池的最大短路电流。
因此，要求p-n结两侧应具有足够高的掺杂浓度。
这就需要在适宜的掺杂剂类型和浓度选择以及隧穿结构的优化等方面进行考虑[5]。
2.2 横向并联叠层太阳电池并联叠层太阳电池的主要结构特点是整个电池为一个p-n结。
其中间为本征层，而两侧分别是n型和p型掺杂层。
对于n型掺杂一侧来说，从顶电池接触电极到本征层的掺杂浓度是逐渐增大的。
通过改变合金材料的组分数可以调控叠层太阳电池的禁带宽度。
受光照界面的带隙最宽，越往里带隙越小。
因此，将会在电池的内部造成一个连续变化的内建电场。
在统一的同向电场的作用下，光生电子-空穴对的分离和抽取作用将在受到该电场的逐层加速作用，因此载流子运输畅通无阻。
尤其当载流子被加载到一定程度时，还可以发生雪崩倍增效应，由此进一步产生倍增载流子，这对增加广生电流是非常有利的。
三、Ⅲ-Ⅴ族化合物的基本特性IIIA元素：B 、Al、Ga、In。
VA元素：N、P、As、Sb。
组合形成的化合物有15种（BSb除外）。
前得到实用的III-V族化合物半导体有GaN GaN GaP GaP GaAs GaAs InP InP GaSb GaSb InSb InSb InAs。
Ⅲ-Ⅴ族化合物与Si相比，其独特性质在于：1.带隙较大，大部分室温时＞1.1eV,因而所制造的器件耐受较大功率，工作温度更高；2.大都为直接跃迁型能带，因而其光电转换效率高，适合制作光电器件，如LED、LD、太阳电池等。
GaP 虽为间接带隙，但Eg较大，掺入等电子杂质所形成的束缚激子发光仍可得到较高的发光效率。
红、黄、绿光的LED 的主要材料之一；3. 电子迁移率高，很适合制备高频、高速器件。
GaAs是一种最具代表性的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。
其主要物理特性为：.1.光吸收系数高。
GaAs 太阳能电池的有源区厚度多选取3um 左右，就可以吸收95%的太阳光谱中最强的部分。
2.带隙宽度与太阳光谱匹配。
GaAs 的带隙宽度正好位于最佳太阳电池材料所需要的能隙范围，具有更高的理论转换效率。
3.耐高温性能好。
GaAs 太阳能电池效率随温度升高降低比较缓慢，可以工作在更高的温度范围。
4.抗辐照性能强。
GaAs 是直接带隙材料，少数载流子寿命较短，在离结几个扩散度外产生损伤，对光电流和暗电流均无影响，因此，GaAs 太阳能电池具有较好的抗辐照性能。
5.多结叠层太阳电池的材料。
由于III-V 族三、四元化合物（GaInP、AlGaInP、GaInAs 等）半导体材料生长技术日益成熟，使电池的设计更为灵活，从而大幅度提高太阳电池的效率并降低成本。
四、GaInP2/GaAs/Ge三结空间电池的持续进步4.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体极性材料在非极性Ge单晶衬底上的成核(nucleation)技术在非极性的Ge衬底上外延生长GaAs这样的极性材料，容易形成反相畴(AID)缺陷。
但这在早期的Ge衬底GaAs太阳电池的外延生长技术中已得到较好的解决。
对于多结电池来说，现在要解决的是，第一层外延层，即成核层的沉积，除了要为后继外延层的高质量生长提供基础外，还要通过控制Ⅲ-Ⅴ族杂质向Ge衬底内的扩散在Ge衬底表面形成p-n结，以形成性能良好的底电池。
对于p-n结构，Ⅲ族的扩散应占主导，以及在n型Ge衬底内形成p-n结。
而对于n+/p结构，则V族的扩散应占主导，以在P型Ge衬底内形成n+/p结。
早期的n/p型GaInP2/GaAs/Ge三结电池仍在沿用GaAs/Ge单结电池外延工艺，使用GaAs成核层。
后来的工作表明，以GaInP作为成核层，通过P，而不是As的扩散，可以更好地控制n/pGe结的性能。
控制Ge结深度，改进发射区表面钝化，形成性能优良的Ge底电池是提高三结电池转换效率的关键之一[6.9]。
4.2 隧穿结整体多结级连电池的另一项基本关键技术是用隧穿结将相邻的两级子电池连接起来，既不能造成明显的电压损失(隧穿结上的压降)，也不能引起太大的电流损失(隧穿结的光吸收)。
最早，人们只能设法用金属把相邻两级子电池之间的反级性界面短路掉[10]。
但金属短路法需要进行多步光刻套刻和电池结构的逐层腐蚀，工艺复杂，而且会影响到电池的填充因数和电流密度等性能。
MOVPE技术的进步使得GaAs隧穿结的整体生长成为可能。
其关键要求是：(1)高度均匀的超薄外延层生长；(2)高搀杂的n+层和p+层之间具有陡峭的界面。
早期的GaAs隧穿结[11]应用于GaAs中间电池和Ge底电池之间的连接虽无问题，但在用来连接GaInP顶电池和GaAs电池中间时，尽管隧穿结的电学性能在后来得到了很大改进[12]，隧穿结的光吸收会影响到GaAs中间电池的短路电流密度。