GaAs太阳电池结构
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可以
）
ห้องสมุดไป่ตู้
）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
总结
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
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( Ge )为衬底。 GaAs太阳电池有两种制造技术，( )和( MOCVD )。
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
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。
LPE技术优缺 点：
2002 年6 月 美国发射的Galaxy I2IIC 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。
总结 GaAs属于（ Ⅲ-Ⅴ族 ）化合物半导体材料。 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，（
LPE
1、GaAs太阳电池的结构
单结太阳电池的设计
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。
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
国内均采用LPE技术研制GaAs电池。 国内开始采用MOCVD 技术研制GaAs 电池。
在1988 年9 月
在1990 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 。
发射的FY21B 星上,进行了4 W 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。
2、GaAs太阳电池两种制造技术
MOCVD（metal-organic chemical vapor deposition）技术 ——金属有机化学气相外延 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。
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。
1、GaAs太阳电池的结构
多结太阳电池的设计 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。
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。
2、GaAs太阳电池两种制造技术
LPE（liquid phase epitaxy）技术——液相外延
3、GaAs太阳电池国内外应用
1970 年和 前苏联发射的“月行器”Ⅰ、Ⅱ宇宙飞船上装有实验用GaAs 电 1973 年 池。 1984 年 1983 年 1986 年 1988年初 在“礼炮7 号”飞船的主帆板上安装了1 个GaAs电池方阵。 美国休斯公司在L IPS Ⅱ卫星上安装了由1800片2cm×2cm GaAs电池组成的方阵进行实验。 前苏联发射的“和平号”轨道空间站,装备了10 kW 单结Ga xAl xAs/ GaAs 异质界面电池,方阵面积比功率达到180 W/ m2 。 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 。
小结 GaAs太阳电池有两种制备技术，为LPE和MOCVD。 LPE（liquid phase epitaxy ）为液相外延法； MOCVD（metal-organic chemical vapor deposition）金属有机化学气相外延法。
3、GaAs太阳电池国内外应用
70 年代中期至 90 年代中期 90 年代中期
优点： 缺点： LPE 设备成本较低,技术较为 异质界面生长无法进行、多层 简单,可用于单结GaAs/ GaAs 复杂结构的生长难以实现，外 太阳电池的批量生产。 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。
）
ห้องสมุดไป่ตู้
）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
总结
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
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( Ge )为衬底。 GaAs太阳电池有两种制造技术，( )和( MOCVD )。
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
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。
LPE技术优缺 点：
2002 年6 月 美国发射的Galaxy I2IIC 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。
总结 GaAs属于（ Ⅲ-Ⅴ族 ）化合物半导体材料。 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，（
LPE
1、GaAs太阳电池的结构
单结太阳电池的设计
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。
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
国内均采用LPE技术研制GaAs电池。 国内开始采用MOCVD 技术研制GaAs 电池。
在1988 年9 月
在1990 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 。
发射的FY21B 星上,进行了4 W 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。
2、GaAs太阳电池两种制造技术
MOCVD（metal-organic chemical vapor deposition）技术 ——金属有机化学气相外延 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。
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。
1、GaAs太阳电池的结构
多结太阳电池的设计 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。
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。
2、GaAs太阳电池两种制造技术
LPE（liquid phase epitaxy）技术——液相外延
3、GaAs太阳电池国内外应用
1970 年和 前苏联发射的“月行器”Ⅰ、Ⅱ宇宙飞船上装有实验用GaAs 电 1973 年 池。 1984 年 1983 年 1986 年 1988年初 在“礼炮7 号”飞船的主帆板上安装了1 个GaAs电池方阵。 美国休斯公司在L IPS Ⅱ卫星上安装了由1800片2cm×2cm GaAs电池组成的方阵进行实验。 前苏联发射的“和平号”轨道空间站,装备了10 kW 单结Ga xAl xAs/ GaAs 异质界面电池,方阵面积比功率达到180 W/ m2 。 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 。
小结 GaAs太阳电池有两种制备技术，为LPE和MOCVD。 LPE（liquid phase epitaxy ）为液相外延法； MOCVD（metal-organic chemical vapor deposition）金属有机化学气相外延法。
3、GaAs太阳电池国内外应用
70 年代中期至 90 年代中期 90 年代中期
优点： 缺点： LPE 设备成本较低,技术较为 异质界面生长无法进行、多层 简单,可用于单结GaAs/ GaAs 复杂结构的生长难以实现，外 太阳电池的批量生产。 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。