高效Ⅲ-Ⅴ族太阳电池材料
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 。
太阳能电池的主要材料
太阳能电池的主要材料
太阳能电池是一种能够将太阳光能转化为电能的装置，它是目前最为环保和可再生的能源之一。
太阳能电池的主要材料包括硅、铟镓镓、硒化镉等，这些材料在太阳能电池的制造过程中起着至关重要的作用。
首先，硅是目前最为常用的太阳能电池材料之一。
硅是一种非金属元素，它具有良好的半导体性能，能够在光照下产生电子-空穴对，并将其转化为电能。
硅材料可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型，它们在太阳能电池中的应用各有不同，但都具有较高的光电转换效率和稳定性。
其次，铟镓镓是另一种常用的太阳能电池材料。
铟镓镓薄膜太阳能电池是一种新型的薄膜太阳能电池，其材料由铟、镓、硒和硫等元素组成。
铟镓镓薄膜太阳能电池具有较高的光电转换效率和较低的成本，因此备受关注。
此外，硒化镉也是一种常用的太阳能电池材料。
硒化镉太阳能电池是一种薄膜太阳能电池，其材料由硒和镉等元素组成。
硒化镉太阳能电池具有较高的光电转换效率和较低的成本，适用于大面积的太阳能电池板生产。
总的来说，太阳能电池的主要材料包括硅、铟镓镓、硒化镉等，它们在太阳能电池的制造过程中发挥着至关重要的作用。
随着科技的不断进步，太阳能电池的材料和性能也在不断提升，相信在未来，太阳能电池将会成为主流的清洁能源之一。
太阳能电池材料
太阳能电池材料
太阳能电池材料是太阳能发电系统的重要组成部分，它将太阳辐射转化为电能。
太阳能电池材料主要有硅片、硅胶、卤素、锗等，它们具有不同的特性和功能，根据应用场景选择不同的材料，才能使太阳能发电系统工作得更加稳定、可靠。
1. 硅片：硅片是太阳能电池材料中最常用的一种，它由精密的单晶硅制成，具有耐高温、耐腐蚀的特性，具有很强的光伏效应，能将太阳辐射转化为电能。
2. 硅胶：硅胶是一种特殊的硅片，由硅粉经过特殊的加工制成，具有高的光伏效率、良好的热稳定性，能够有效地将太阳辐射转化为电能。
3. 卤素：卤素是一种晶体结构，具有抗氧化性、耐高温、耐腐蚀的特性，能够有效地将太阳辐射转化为电能。
4. 锗：锗是一种半导体材料，具有高的光伏效率、良好的热稳定性，能够有效地将太阳辐射转化为电能。
第4章 Ⅲ-V族化合物太阳电池
Ⅲ-V族或Ⅱ-Ⅵ族的化合物太阳电池。
除了硅可以用在太阳电池以外，也可使用Ⅲ-V族或 Ⅱ-Ⅵ族的化合物太阳电池。 所谓的Ⅲ-V族化合物是指由周期表的Ⅲ族元素（例如 Ga、In等）与V族元素（例如P、As等）所形成的半 导体材料，例如砷化镓（GaAs）或磷化铟（InP）等， 使用这类Ⅲ-V族化合物太阳电池的最主要的优点是， 它可以达到超过30%以上的转换效率，特别适用在太 空卫星的能源系统上。 这是因为Ⅲ-V族是具有直接能隙的半导体材料，仅仅 2um厚的材料，就可以在AM1的辐射条件下吸光97% 左右。
MOCVD设备的示意图
与LPE相比较，MOCVD的设备成本比较昂贵， 且技术较复杂，但它可以生长出多层很薄的均 匀异质外延层，增大了电池设计的灵活性，因 此有潜力获得更高的太阳能电池转换效率。
4.3.4 分子束外延法（MBE）
分子束外延技术，是在超高真空状态下（～ 10-10torr），让热原子或热分子束自原料中 分离出来，然后在基板表面进行反应，而沉积 产生外延薄膜的一种技术。 由于使用高真空及十分洁净的设备，因此可以 用来产生高纯度的外延层。
Ⅲ-V族化合物与硅比较具有的特性
高能量转换效率
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， 利用各种Ⅲ-V族化合物所形成的多接面太阳电 池可增加被吸收波长的范围，更可达到高效率 化的目的。
耐放射性佳，因此这样的太阳电池更适合太空 用途。
更适合聚光技术
半导体原材料
半导体原材料
半导体原材料是制造半导体器件的基础材料，其质量和性能直接影响着半导体器件的品质和性能。
半导体原材料主要包括硅材料、氮化镓、氮化铝、碳化硅等，下面就这些材料进行简要介绍。
首先，硅材料是半导体工业的主要原材料之一，其主要用途是制造各种类型的晶体管、集成电路和太阳能电池等。
硅材料具有优良的半导体性能和良好的机械性能，是目前半导体工业中最广泛应用的原材料之一。
其次，氮化镓是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，具有较高的电子迁移率和较大的击穿电压，适用于制造高频功率器件、光电器件和蓝光LED等。
氮化镓材料的开发和应用对于提高半导体器件的性能和降低功耗具有重要意义。
再次，氮化铝是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，具有优良的热稳定性和耐腐蚀性，适用于制造高温、高频和高功率的电子器件。
氮化铝材料的研发和应用对于提高半导体器件的工作温度和可靠性具有重要意义。
最后，碳化硅是一种新型的半导体材料，具有较高的电子迁移率和较大的击穿电压，适用于制造高频功率器件、光电器件和高温电子器件。
碳化硅材料的开发和应用对于提高半导体器件的工作频率和工作温度具有重要意义。
总的来说，半导体原材料是半导体工业的基础和关键，其质量和性能直接影响着半导体器件的品质和性能。
随着半导体工业的不断发展，对于半导体原材料的要求也越来越高，需要不断开发新的材料和提高现有材料的质量和性能，以满足不断变化的市场需求。
希望通过对半导体原材料的研究和应用，能够推动半导体工业的发展，为人类社会的科技进步做出更大的贡献。
《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。
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
多结太阳电池用键合技术
多结太阳电池用键合技术张无迪;王赫;刘丽蕊;孙强;肖志斌【摘要】介绍了使用键合技术制备高效多结太阳电池的方法,即在不同材料衬底依次外延生长晶格匹配子电池,再通过键合技术将二者集成至一起.着重介绍了多种实现子电池集成的键合技术,并分析了其技术特点.%Fabrication method of high-efficiency multi-junction solar cells applying wafer bonding technology was ttice-matched sub-cells were grown on different material substrate by epitaxy,then the tandem sub-cells were combined through wafer bonding technology.Several different wafers bonding technology for realization of sub-cells combination were emphatically introduced,the characteristics of these technology was analyzed as well.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)009【总页数】4页(P1315-1318)【关键词】键合;多结太阳电池;晶格匹配【作者】张无迪;王赫;刘丽蕊;孙强;肖志斌【作者单位】中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TM914Abstract:Fabrication method of high-efficiency multi-junction solar cells applying wafer bonding technology was ttice-matched sub-cells were grown on different material substrate by epitaxy,then the tandem sub-cells were combined through wafer bondingtechnology.Several different wafers bonding technology for realization of sub-cells combination were emphatically introduced,the characteristics of these technology was analyzed as well.Key words:wafer bonding;multi-junction solar cells;lattice-matched晶片键合(Wafer bonding)技术是将不同材料的晶片结合在一起，用以生产半导体新型器件和微型原件的技术。
Ⅲ-Ⅴ族化合物叠层太阳电池
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。
项目三 高效太阳电池制造工艺
单晶硅电池的效率进展
20世纪60年代末，背铝处理的优点日益明显，特 别是对于比正常厚度稍薄的电池，把空间电池效 率相应地提高到12.4%归功于铝处理的吸杂作用。 进一步的研究表明，正是在背接触下存在的重掺 杂区导致这些有益的效果。这些益处被假定是多 子从电池的背掺杂处溢出到体区引起的，从而增 加有效的体浓度和增大开路电压，这种效果普遍 地被称为背面场（BSF）效应。
电池前后表面利用利用热氧钝化技术生产一层二 氧化硅钝化层，降低了表面复合并增加了长波响 应，从而使开路电压得以提高。A-300背接触太 阳电池已经成为新一代高效背接触硅太阳电池的 典型代表。
2-2 前结电池 前结电池的PN结位于电池正表面，可以有效收集 截流子，降低对衬底材料的要求，前结电池的关 键在于如何实现正面PN结与背面接触电极的链接。 电池结构不同，其连接方式也不相同。
2-1-1IBC电池 IBC电池出现于20世纪70年代，如图1，电池选 用n型衬底材料，前后表面均覆盖一层热氧化膜， 以降低表面复合，利用光刻技术，在电池背面分 别进行磷、硼局部扩散，形成叉指状交叉排列的 p区、n区。IBC电池的核心问题是如何在电池背 面制备出质量较好的P区和N区。
2-2-1 MWA太阳电池 MWA电池结构与常规电池很相似，只是把常规电 池的主栅转移到了背面边缘区域，细栅依然保留 在原来位置，见图4.光生电流被细栅收集后，经 电池侧面传递到背面主栅上。由于主栅的转移， 电池有效受光面积有所增加。
2-2-2 MWT电池 与MWA电池一样，MWT电池的主栅同样转移到 了电池背面，电池正表面保留了金属栅线，并沉 积了SiN 薄膜，见图5。与MWA电池不同的是， 正表面细栅与背表面主栅的连接不是通过电池的 侧面区域，而是通过细栅上的导电孔。
基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池
基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池王波;周丽华;施祥蕾;郭哲俊;钱勇;张占飞;李彬;孙利杰;王训春【期刊名称】《微纳电子技术》【年(卷),期】2024(61)5【摘要】Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。
重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。
通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_(0.58)Ga_(0.42)As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。
获得了晶格弛豫度为96.71%的In_(0.58)Ga_(0.42)As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。
在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。
【总页数】7页(P52-58)【作者】王波;周丽华;施祥蕾;郭哲俊;钱勇;张占飞;李彬;孙利杰;王训春【作者单位】上海空间电源研究所空间电源全国重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TM914.4【相关文献】1.LD泵浦新型高效Nd:Gd0.42Y0.58 VO4红外激光器2.晶格小失配InGaAsP材料特性及太阳电池应用3.晶格失配对GaInP/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装三结太阳电池性能影响的分析4.截止频率为218GHz的超高速晶格匹配In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As高电子迁移率晶体管(英文)5.背入射Al_(0.42)Ga_(0.58)N/Al_(0.40)Ga_(0.60)N异质结p-i-n太阳光盲紫外探测器因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
光电能量转化材料
光电能量转化材料
光电能量转化材料是一种通过光生伏打效应将太阳能转换为电能的材料。
这种材料主要用于制作太阳能电池，将太阳能转换为可供使用的电能。
光电能量转化材料的工作原理是将相同的材料或两种不同的半导体材料做成PN结电池结构。
当太阳光照射到这种结构材料的表面时，光子被吸收并在PN结处产生光生电子-空穴对。
这些电子和空穴被内建电场分离，电子进入N区，而空穴被推入P区。
在N区和P区中，这些载流子进一步扩散和漂移，形成光生电压，从而产生电能。
常用的光电能量转化材料主要是半导体太阳电池材料，如硅太阳电池材料（包括单晶硅、多晶硅和非晶硅）和化合物半导体太阳电池材料（如Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体），其中硅材料是最主要的。
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太阳能电池的分类
太阳能电池的分类太阳能电池发展划分为三代。
第一代是以单晶硅、多晶硅为代表的硅晶太阳能电池。
以晶硅为材料的第一代太阳能电池技术已经发展成熟且应用最为广泛。
但由于单晶硅太阳能电池对原料要求过高以及多晶硅太阳a能电池复杂的生产工艺等缺点，促使人们开始研发第二代薄膜太阳能电池，其中以碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)及铜铟镓硒化合物(CIGS)为代表的太阳能电池开始成为研究热点。
与晶硅电池相比，薄膜太阳能电池所需材料较少且容易大面积生产，故在降低成本方面显现优势，其效率也在逐步提高。
第三代则是基于高效、绿色环保和先进纳米技术的新型太阳能电池，如染料敏化太阳能电池(DSSCs)、钙钛矿太阳能电池(PSCs)和量子点太阳能电池(QDSCs)等。
目前，各类太阳能电池都取得较大的发展，形成了以晶硅太阳能电池为基础，薄膜太阳能电池为发展对象及以DSSCs、PSCs和QDSCs为前沿的太阳能电池发展格局。
1.第一类太阳能电池1.1单晶硅太阳能电池单晶硅是所有晶硅太阳能电池中制造工艺及技术最成熟和稳定性最高的一类太阳能电池。
理论上，光伏响应材料的最佳禁带宽度在1.4 eV左右，而单晶硅的禁带宽度为1.12 eV，是已知自然界中存在的和最佳禁带宽度最为接近的单质材料。
单晶硅太阳能电池主要通过硅片的清洗和制绒、扩散制结、边缘刻蚀、去磷硅玻璃、制备减反射膜、制作电极、烧结等工艺制备而成。
经过多年的发展，单晶硅太阳能电池的制造工艺和效率都有了很大的改进和提升。
单晶硅太阳能电池以其高效率和稳定性，在光伏行业占有统治地位，而且还会维持很长一段时间。
但是由于硅电池所需硅材料的纯度需达到99.9999%，造成单晶硅的价格居高不下，另外，复杂的制造工艺也导致其难以大范围推广使用。
因此在后续的单晶硅太阳能电池发展历程中，主要的方向应该是简化其生产过程和所需硅材料的提纯工艺以期降低单晶硅太阳能电池的生产成本，加快其普及化进程。
1.2多晶硅太阳能电池相比单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池对原材料的纯度要求较低，原料来源也较广泛，因此成本要比单晶硅太阳能电池低很多。
光伏电池原材料
光伏电池原材料
光伏电池是利用光能直接转化为电能的一种设备，其主要原材料包括以下几种：
1. 硅：硅是制造光伏电池的主要原材料之一。
一般使用高纯度的多晶硅或单晶硅来制造太阳能电池板。
这些硅材料可以通过冶炼、切割等工艺加工成具有一定厚度和尺寸的硅片。
2. 导电材料：导电材料主要用于连接光伏电池之间的接线。
常见的导电材料有铝条、铜条等。
3. 封装材料：封装材料用于保护光伏电池，防止水分、灰尘等进入影响发电效果。
目前常用的封装材料主要有二氧化硅玻璃、聚乙烯等。
4. 包装材料：包装材料用于包装光伏模块，通常采用不锈钢或铝合金材质。
5. 回收材料：光伏电池在使用过程中可能会出现损坏或其他问题，因此回收材料也是制造光伏电池的一种重要原材料。
回收材料可以被重新利用，降低了生产成本和环境污染。
综上所述，光伏电池的制造需要多种原材料，其中硅是最主要的原材料。
同时，导电材料、封装材料、包装材料和回收材料等也都对光伏电池的质量和性能有着重要的影响。
砷化镓太阳电池
1、GaAs太阳电池的发展历程
2、GaAs太阳电池的材料性质
Ga As原子序数及电子排布
3、Ⅲ-V族化合物太阳电池与硅比较具有的特性有哪些？
1、GaAs的发展历程
1954
世界上首次发现GaAs材料具有光伏效应
1956
理论上估算，GaAs单结太阳电池的效率可达27%
Gobat等研制了第1个掺锌GaAs太阳电池 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% 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
机械强度较弱，易碎； 怎么办？思考题
制备困难，砷化镓在一定条件下容易分解，而且砷材料 是一种易挥发性物质，在其制备过程中，要保证严格的 化学计量比是一件困难的事。 材料密度大，GaAs材料密度为5.32g/cm3，是Si材料密 度的2倍多
课外任务
任务二、 GaAs太阳电池的结构及制备工艺
作业
作业、 简述GaAs太阳电池的特点
20世纪60年代
20世纪70年代
世纪80年代后
1、GaAs的发展历程——曲折
砷化镓单晶在应用上曾遭受到不少挫折。
首先用它来作晶体管和二极管，结果其性能还赶不上硅和锗。到了60年代 初，出现了耿氏微波二极管，人们曾寄希望于将此器件取代真空速调管，使雷 达实现固体化。后终因输出功率太小而未能实现。 在改善计算机性能中，用砷化镓制成了超高速电路，可以提高计算机的计 算速度，这个应用十分诱人，但是后来开发出计算机平行计算技术，又给砷化 镓的应用浇了一飘冷水。
2、GaAs材料的性质
晶体结构：GaAs材料的晶体结构属于闪锌矿型晶格 结构。
化学键：四面体键，键角为109’28’，主要为共价成分。由于镓、砷原子 不同，吸引电子的能力不同，共价键倾向砷原子，具有负电性，导致GaAs键具有一定的离子特性，使得砷化镓材料具有独特的性质。
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高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池材料
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主要内容
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
§5.3 GaInP、InP、GaAs和Ge太阳电池
§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性 在太阳电池用途上， Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅相比，具 有以下特点：
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§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
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§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
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（液相磊晶法LPE）
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（液相磊晶法LPE）
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（液相磊晶法LPE）
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（液相磊晶法LPE）
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§5.3 GaInP、InP、GaAs和Ge太阳电池
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单结太阳电池
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单结太阳电池
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多结太阳电池
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home–made close-spaced sublimation apparatus
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§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
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§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
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思考题
• 简答怎样设计出高效的单结太阳电池？
• 简述设计高效的多结太阳电池应考虑哪些 因素？ • 简述利用LPE技术制备GaAs时的原理、优 缺点。 • MOCVD制备技术的优缺点