GaAs太阳电池结构

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文献综述 ——GaAsSb热光伏电池

文献综述——GaAsSb热光伏电池开路电的优化仿真分析1. 引言1.1 热光伏技术当前，能源问题已经越来越成为制约人类社会进步和发展的阻力，而现在大规模使用的化石能源，由于其不可再生和对环境的高污染性，使得开发可持续的绿色能源已经是迫在眉睫。

作为一种新颖的能源利用方法，热光伏电池（thermophotovoltaic，TPV）的研究始于上世纪60年代，但是由于当时理论和工艺水平的限制，直到90年代末开始才又重新引起了人们的重视。

相比较于太阳能光伏电池，热光伏电池系统首先是具有较高的系统效率和输出能量密度，这主要因为热光伏电池后端的光伏电池的带宽能量要小一些，这样在同等的温度条件下，系统的效率和能量密度会比较高。

另外，热光伏电池系统中热发射源离后端光伏电池的距离也相对于太阳能光伏电池离太阳的距离要近得多，所以这样就减少了能量在传播路径上的传递损失，而增大了能量利用的效率。

另外，热光伏电池系统的噪音也比较低，并且没有移动的部件，因而可以便携使用。

还有，热光伏电池系统的热源也很广泛，除过常规的太阳能外，各种工业废热、余热以及附加热等都可以作为热光伏电池系统的热量来源[1]，所以热光伏电池系统的性能受天气和环境的影响不大。

近年来，随着微细加工技术的发展，人们有可能去制造微型的热光伏电池系统去取代传统的化学电池作为工业和科技界的能源，因而热光伏电池系统必将是未来微型电力系统研究的重点方向之一。

一般来讲，热光伏电池系统就是一种通过光伏电池把热辐射源辐射的热能转化成电能的静态能量转换器件[2]。

典型的热光伏电池系统包括一个前端的热辐射源，一个后端的光伏电池和位于它们之间的光谱控制元件，如光谱滤波器等。

整个热光伏电池系统的工作原理是：首先是热源的热量直接加到热辐射源上，然后热辐射源辐射出的能量到达滤波片，接着滤波片过滤掉能量小于PV 电池带宽能量的低能光子，而使得大于PV电池带宽能量的高能光子到达PV电池，最后PV电池由于光生伏特效应产生光生电子，而电子以电流的方式输出到外电路作为电源使用[3]。

GaAs

特点（与Si相比）

光电转换效率高： GaAs禁带宽度比 Si大、光谱响应特性和空间太阳光谱匹配能力亦比Si强，因此转化效率高可制成薄膜和超薄型太阳电池： GaAs 为直接禁带半导体，光吸收率高于Si，因此GaAs太阳能电池可制成薄膜型，质量大幅度减小耐高温性能好抗辐射性能好

制备技术

国外技术的发展

单结GaAs/Ge太阳能电池

多结GaAs太阳能电池
双结GaAs太阳能电池

三结GaAs太阳能电池
四结GaAs太阳能电池

单结GaAs/Ge 太阳能电池 :为克服GaAs／GaAs太阳电池单晶材料成本高、机械强度较差，不符合空间电源低成本、高可靠要求等缺点，1983 年起逐步采用 Ge单晶替代GaAs制备单结GaAs电池 GaAs/Ge太阳能太阳电池的特点是：具有GaAs／GaAs太阳能电池的高效率、抗辐照和耐高温等优点， Ge单晶机械强度高，可制备大面积薄型电池，且单晶价格约为GaAs的30%。单结GaAs电池结构如图所示
砷化镓LED

目前制作LED都是采用MOCVD外延工艺，以半导体砷化镓材料作为衬底，外延生长AIGaAs三元或AIGalnP 四元系外延层结构，可用于制造红、橙、黄光LED。

用于制造LED的砷化镓衬底材料为掺硅的N型低阻材料，为区别于半绝缘砷化镓材料，一般也可称之为半导体砷化镓材料。单晶的晶向为(100)偏(111)A面15°，载流子浓度为 10 5~40x ／cm3，迁移度大于1500cm2／V·S，位错密度小于5000／cm2。
神九采用三结砷化镓太阳能电池
砷化镓太阳能充电器
GaAs太阳能电池的发展

05-第五章 GaAs半导体材料教程

第五章GaAs 半导体材料§5.1 GaAs 材料的性质和太阳电池§5.2 GaAs 单晶材料§5.3 GaAs 薄膜单晶材料§5.4GaAs 晶体中的杂质第五章GaAs 半导体材料第五章GaAs 半导体材料近年来,太阳能光伏发电在全球取得长足发展。

常用光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池,然而由于原材料多晶硅的供应能力有限,加上国际炒家的炒作,导致国际市场上多晶硅价格一路攀升,最近一年来,由于受经济危机影响,价格有所下跌,但这种震荡的现状给光伏产业的健康发展带来困难。

目前,技术上解决这一困难的途径有两条:一是采用薄膜太阳电池,二是采用聚光太阳电池,减小对原料在量上的依赖程度。

常用薄膜电池转化率较低,因此新型的高倍聚光电池系统受到研究者的重视。

聚光太阳电池是用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦到几倍、几十倍,或几百倍甚至上千倍,然后投射到太阳电池上。

这时太阳电池可能产生出相应倍数的电功率。

它们具有转化率高,电池占地面积小和耗材少的优点。

高倍聚光电池具有代表性的是砷化镓(GaAs 太阳电池。

第五章GaAs 半导体材料第五章GaAs 半导体材料砷化镓电池与硅光电池的比较1、光电转化率:砷化镓的禁带较硅为宽,使得它的光谱响应性和空间太阳光谱匹配能力较硅好。

目前,硅电池的理论效率大概为23%,而单结的砷化镓电池理论效率达到27%,而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%。

2、耐温性常规上,砷化镓电池的耐温性要好于硅光电池,有实验数据表明,砷化镓电池在250℃的条件下仍可以正常工作,但是硅光电池在200℃就已经无法正常运行。

3、机械强度和比重砷化镓较硅质在物理性质上要更脆,这一点使得其加工时比容易碎裂,所以,目前常把其制成薄膜,并使用衬底(常为Ge ,来对抗其在这方面的不利,但是也增加了技术的复杂度。

第五章GaAs 半导体材料第五章GaAs 半导体材料GaAs 太阳电池的发展是从上世纪50年代开始的,已有已有50多年的历史:•1954年世界上首次发现GaAs 材料具有光伏效应。

砷化镓电池结构

砷化镓电池结构砷化镓电池是一种高效率、高性能的太阳能电池，其结构设计和材料选择对其性能起着至关重要的作用。

砷化镓电池主要由多个层次的结构组成，包括衬底、n型掺杂层、p型掺杂层、活性层和透明导电氧化物层等。

砷化镓电池的衬底通常采用镓基衬底，如镓砷化铟（GaAs）或镓磷化铟（InP）。

这些衬底具有良好的晶体结构和电学性能，能够提供良好的基底支撑和电子传输性能，从而提高电池的效率和稳定性。

砷化镓电池中的n型掺杂层和p型掺杂层分别用于形成n-p结构。

n型掺杂层通常采用硅（Si）或硒（Se）等材料，用于提供自由电子。

而p型掺杂层通常采用锌（Zn）或镓（Ga）等材料，用于提供空穴。

这样，通过n型和p型掺杂层的结合，形成了电池的正负极，实现了光生电荷的分离和电流的输出。

在砷化镓电池的活性层中，主要采用砷化镓（GaAs）材料。

砷化镓具有较高的吸收系数，能够有效吸收太阳光谱中的光子，并将其转化为电子-空穴对。

同时，砷化镓还具有良好的电子迁移性能和较高的光电转换效率，能够提高电池的光电转换效率和输出功率。

砷化镓电池的透明导电氧化物层通常采用氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）等材料。

这些材料具有良好的透明性和导电性，能够有效地传输光电子，并提高电池的光电转换效率。

同时，透明导电氧化物层还可以保护电池表面免受外界环境的影响，延长电池的使用寿命。

总的来说，砷化镓电池的结构设计和材料选择对其性能起着至关重要的作用。

通过合理设计各层结构和优化材料选择，可以提高电池的效率、稳定性和寿命，推动太阳能光伏技术的发展和应用。

希望未来能够进一步优化砷化镓电池的结构，提高其性能，实现更广泛的应用和推广。

三结砷化镓太阳电池

三结砷化镓太阳电池一、简介三结砷化镓太阳电池是一种高效的光电转换器件，由三个不同材料的层叠组成。

其中，砷化镓（GaAs）是最常用的材料之一，它具有良好的光电性能和高效率。

这种太阳电池可以在高温和强光环境下工作，并且具有长寿命。

二、结构三结砷化镓太阳电池由三个不同材料的层叠组成，分别是n型砷化镓层、p型磷酸铝层和n型硅层。

其中，n型砷化镓层和p型磷酸铝层形成了第一级pn结，n型硅层和p型磷酸铝层形成了第二级pn结。

这两个pn结之间形成了一个内建电场，在光子作用下可以产生光生载流子。

三、工作原理当太阳辐射到三结砷化镓太阳电池上时，光子被吸收并激发出电子-空穴对。

这些载流子被内建电场分离，并在两个pn结中产生漂移运动。

最终，在外部负载上产生一个电压和电流。

由于三个不同材料的层叠，这种太阳电池具有更广泛的吸收光谱和更高的光电转换效率。

四、优点1. 高效率：三结砷化镓太阳电池具有高达40%的转换效率，是目前最高的太阳电池之一。

2. 高温工作：由于材料的特性，这种太阳电池可以在高温环境下工作，并且不会损失效率。

3. 长寿命：三结砷化镓太阳电池具有长寿命，可以在20年以上的时间内保持高效率。

4. 宽谱响应：由于三个不同材料的层叠，这种太阳电池可以吸收更广泛的光谱，从紫外线到红外线。

五、应用1. 航空航天：由于其高温工作和长寿命特性，三结砷化镓太阳电池被广泛应用于航空航天领域。

2. 大型光伏系统：这种太阳电池也被用于大型光伏系统中，以提高整个系统的发电效率。

3. 军事领域：由于其宽谱响应和高效率，三结砷化镓太阳电池也被用于军事领域，例如用于卫星电源等。

六、总结三结砷化镓太阳电池是一种高效、高温工作、长寿命、宽谱响应的光电转换器件，具有广泛的应用前景。

随着科技的不断发展，相信这种太阳电池将会在更多领域得到应用。

太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数

太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数院系XX学院班级XX姓名XX学号XXX太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数关键词：结构工作原理性能参数一、太阳电池的结构1、根据基质材料和扩散杂质的不同，太阳能电池基本结构分为两类：①基质材料为p型半导体光电材料：在p型基质材料表面形成n 型材料，制备p-n结，n型材料为受光面。

②基质材料为n型半导体光电材料：在n型基质材料表面形成p 型材料，制备p-n结，p型材料为受光面。

2、根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅电池、非晶硅电池、其他电池。

①晶硅电池在晶硅电池中，又有单晶硅电池和多晶硅电池。

其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。

高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。

现在单晶硅的电池工艺己近成熟，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。

相比之下，多晶硅薄膜太阳能电池节省了材料，使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，其成本远低于单晶硅电池。

②非晶硅电池基于晶体硅的太阳能电池发展历史较早且技术比较成熟，在装机容量一直占据领先地位。

但是晶体硅太阳能电池降低成本的空间相当有限，很难达到人们期望值。

因此非晶硅太阳能电池益发得到世界国的重视。

非晶硅电池一般采用PECVD(等离子增强型化学气相沉积)方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。

由于沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。

③其他电池除了晶硅和非晶硅电池以外，还有铜铟镓硒（ CIGS）电池、砷化镓（GaAs）电池、碲化镉（CdTe）电池、染料敏化电池等。

二、工作原理1、p-n结一个掺入5价杂质的4价半导体，称为n型半导体。

其空穴数目很少,称为少数载流子；而电子数目很多,称为多数载流子。

一个掺入3价杂质的4价半导体，称为p型半导体。

半导体GaAs太阳能电池制备

半导体GaAs太阳能电池制备一：GaAs材料简介1：GaAs材料做太阳能电池的优势：GaAs材料有良好的吸收系数，在波长0.85μm一下，GaAs的光吸收系数急剧升高，达到104 cm-1以上，比硅材料要高一个数量级，而这正是太阳光谱中最强的部分。

因此，对于GaAs太阳能电池而言，只要厚度达到3μm，就可以吸收太阳光谱中约95％的能量。

GaAs太阳能电池的抗辐射能力强，有研究指出，经过1×1015cm-2的1MeV的高能电子辐射，高效空间硅太阳能嗲吃的效率降低为原来的66％，而GaAs太阳能电池的效率仍保持在75％以上。

显然，GaAs太阳能电池在辐射强度大的空间飞行器上有更明显的优势。

2：GaAs材料的能带结构：图1.11GaAs的能带结构由图1.1可以看出，它的导带的极小值位于K=0处，等能面是球型等能面。

导带底电子有效质量是各向同性的。

3：GaAs材料具有负阻特性。

这是因为，GaAs的[100]方向上具有双能谷能带结构，除K=0处导带有极小值外，在[100]方向边缘上存在另一个比中心极小值仅高0.36eV的导带极小值，因此电子可处于主，次两个能谷。

在室温下，主能谷的电子很难跃迁到次能谷中去，因为室温时电子的平均热能约为0.026eV。

但电子在主能谷中有效质量较小，迁移率大，而在次能谷中有效质量大，迁移率小，且次能谷中的状态密度又比主能谷大。

一旦外电场超过一定的阈值，电子就能由迁移率大的主能谷转移到迁移率小的次能谷，从而出现电场增大，电流减小的负阻现象。

【1】4：GaAs材料特征。

GaAs材料在室温下呈暗灰色，有金属光泽，较硬，性脆，相对分子质量为144.64；在空气或水蒸气中能稳定存在；但在空气中，高温600 度时可以发生氧化反应，高温800度以上可以产生化学离解，常温下化学性质也很稳定，不溶于盐酸，但溶于硝酸和王水。

【2】和其他三五族化合物半导体能带结构的一些共同特征。

因为闪锌矿和金刚石型结构类似，所以第一布里渊区也是截角八面体的形式。

gaas量子阱太阳能电池转换效率的计算

近年来，太阳能电池作为清洁能源的重要组成部分，受到了越来越多的关注。

而在太阳能电池中，基于gallium arsenide (GaAs) 材料的量子阱太阳能电池因其优异的光电转换性能备受青睐。

对于这种高效率的太阳能电池，其转换效率是评价其性能优劣的重要指标之一。

本文将从深度和广度的角度探讨如何计算GaAs量子阱太阳能电池的转换效率，并对该主题作全面的评估和解析。

1. GaAs量子阱太阳能电池的基本原理GaAs量子阱太阳能电池是一种基于III-V族化合物半导体材料的太阳能电池。

其工作原理是通过光吸收和电子-空穴对的形成来转化太阳能光子能量为电能。

量子阱的引入可以有效地提高电子和空穴的迁移率，从而提高光电转换效率。

2. 计算GaAs量子阱太阳能电池转换效率的方法要计算GaAs量子阱太阳能电池的转换效率，首先需要考虑光吸收效率、载流子的输运和捕获过程、以及光电转换效率等多个因素。

其中，光吸收效率与量子阱的材料结构、厚度以及光谱响应等有关；载流子的输运和捕获过程则与材料的电学性能、结构设计等因素密切相关；而光电转换效率则取决于载流子对的寿命和输运长度等因素。

综合考虑这些因素，并通过数值模拟和实验数据拟合等方法，可以得到GaAs 量子阱太阳能电池的转换效率。

3. 个人观点和理解作为一名专注于太阳能电池研究的文章撰写手，我对GaAs量子阱太阳能电池的转换效率计算也有一些个人的见解。

在我看来，要提高GaAs量子阱太阳能电池的转换效率，除了优化材料和结构设计外，还可以通过提高光吸收效率、减小载流子的捕获和复合过程、以及改善光电转换效率等途径来实现。

将量子阱太阳能电池与其他光伏技术相结合，也是提高转换效率的重要途径之一。

在本文中，我们对GaAs量子阱太阳能电池的转换效率进行了全面评估和解析，探讨了其计算方法和影响因素，并共享了个人的观点和理解。

希望本文能为读者提供一些有价值的信息和思考，促进太阳能电池领域的进一步研究和发展。

GaAs

•
两种类型的杂质,即不管是浅能级杂质还是深能级杂质,通过与砷原子或镓原子的复杂结合而存在于砷化镓晶体中。硅就是目前得到最广泛研究的一种掺杂剂,这种四族元素,在低温下与砷化镓作用,可形成p型材料,在高温下与砷化镓作用,可形成n型材料。铬在砷化镓中是深受主原子,它的杂质能级接近禁带中心位置,利用这一特点,可以在浅n型砷化镓材料中通过掺铬进行补偿而得到半绝缘材料。其它的元素,如铜、氧、硒、碲、锡等在砷化镓中的行为也得到了广泛的研究,这样,我们可根据器件设计的需求进行掺杂得到n型或p型砷化镓。
性能好，更适合空间能源领域；
温度系数小：能在较高的温度下正常工作。
GaAs太阳电池的特点——缺点
资源稀缺，价格昂贵，约Si材料的10倍；
污染环境，砷化物有毒物质，对环境会造成污染；
机械强度较分解，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。
二、砷化镓晶体结构
• 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。这种晶体结构在物理学上称之为闪锌矿结构。图1给出了砷化镓晶胞结构的示意图,表1给出了在室温下目前已知砷化镓半导体材料的物理、电学参数。关于砷化镓的化学组成形式,III-V族化合物共价键模型认为[2]:这类化合物形成四面体共价结合,成键时III族原子提供3个
• 砷化镓晶胞示意图（闪锌矿结构）
砷原子
镓原子
三、砷化镓能带结构
• 当在绝对零度以上温度时,一些电子因热能量而振动幅度加剧,如果其处于价带顶,所受的热能量
Q>=Ef时,就有可能脱离价带,跃迁进入导带,从而能在晶体中移动导电。在一块纯净的半导体中,电

GaAs太阳能电池要点

图 1 GaAs 基太阳能电池分类
图 2 机械叠层式多结电池 ( 左)和单片式多结电池 (右 )
叠层太阳能电池的制备可以通过两种方式得到，图
2所示。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，
这种方式需要分别制备多个子电池，然后再进行堆叠，体积受到限制，但
机械叠层 GaAs/Ge多结太阳能电池，据称其机械叠层的 GaAs/Ge多结太阳能电池转换率直指 40% 以
上，电池制备过程中，首先制造锗电池以及单独的引出端，然后将 GaAs子电池集成在该锗电池之上，
各自分离的引出端可以用来单独提取某个子电池的电流，降低了对电流匹配的需求，由于不同材料
并非依次生长在底层材料之上，因此也无需进行晶格匹配。目前对于这种机械叠层多结太阳能电池
GaAs 太阳能电池
李永富
太阳光辐射主要是以可见光为中心，分布于
0.3 微米至几微米光谱范围，对应光子能量
0.4eV~4eV 之间，总体来说，理想太阳能电池材料需要具备：能带在 1.1eV~1.7eV 之间 (对应光波长范围 0.73~1.13 μ m)
直接能带半导体组成材料无毒性
可利用薄膜沉积技术且可大面积制备有良好的光电转换效率
是无需进行电流匹配，也不
再需要考虑晶格匹配；另一种是单片式多结电池，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，这种电池结构紧凑，便于集成，但是对衬底材料质量要求高，
且必须要考虑各外延层的晶格失配问题。
多结 GaAs太阳能电池技术已经成为国内外研究的主流，
2009年，比利时 IMEC 展示了其最新的

一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法-概述说明以及解释

一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的增强，太阳能作为一种清洁可再生能源备受关注。

然而，传统的硅基太阳电池由于其能量转换效率和热稳定性的限制，无法满足日益增长的能源需求。

因此，研究人员们在寻找新的材料和结构来提高太阳电池的性能方面做出了巨大的努力。

本文主要介绍了一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法。

砷化镓材料具有较高的光电转换效率和优异的辐照稳定性，可以克服传统太阳电池中存在的问题。

另外，三结级联结构的设计有助于提高太阳能的光电转换效率，并且可以在宽波长范围内实现高效能量采集。

在正文部分，我们将详细介绍高效三结级联砷化镓太阳电池的结构设计要点，并阐述其性能优势。

同时，我们还将分析和探讨制造该太阳电池的工艺流程要点和制备条件要点，以确保其制造过程的高效和可靠性。

通过对该太阳电池的研究和实验验证，我们得出了一些重要的研究成果，并总结了其在可行性和应用前景方面的潜在优势。

这些成果对于推动太阳能技术的发展和促进清洁能源的利用具有重要的理论和实际意义。

总而言之，本文介绍了一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法。

通过对该太阳电池的研究和实验验证，我们得出了一些重要的结论，并对其未来的可行性和应用前景进行了讨论。

我们相信，这种新型太阳电池的研究将为清洁能源领域的发展做出积极的贡献。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构为了更好地介绍一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法，本文将按照以下结构进行论述。

第一部分是引言。

在这一部分中，我们将概述整篇文章的研究背景和目的，介绍三结级联砷化镓太阳电池的结构设计要点和性能优势要点。

第二部分是正文。

在这一部分中，我们将重点讨论高效三结级联砷化镓太阳电池的设计和制造方法。

首先，我们将详细介绍该太阳电池的结构设计要点，包括材料的选择和布局等关键因素。

双结砷化镓太阳能电池(GaAs)

pn junction solar cell which has a single bandgap (Eg). A schematic cross section of the pn junction solar cell under illumination with a load across the electrodes is shown in Fig. 1. When photons are incident with energy greater thanayer
Load
V Vph
Generated power = lphʷ Vph
n–layer
Photoexcited minority carriers
hv
(electron and hole)
Electrode
Space charge region
Fig. 1ʵSchematic cross section of a pn junction solar cell under illumination with a load across the electrodes.
U.D.C. 621.383.51 : 523.9-7 : [546.681'62'19 : 546.681'19]
High-efficiency AlGaAs/GaAs Tandem Solar Cells
Ken Takahashi* Shigeki Yamada* Tsunehiro Unno*
ABSTRACT : The tandem solar cell concept, in which high-energy photons are converted into high electrical power, is proved with an A1GaAs/GaAs tandem solar cell. Although the potential to achieve high efficiency of over 30% was previously shown, the performance of the AlGaAs single-junction solar cell and power loss at the GaAs tunnel junction were problems. Improved quality for AlGaAs layers focusing on minority carrier lifetime has resulted in achieving a high efficiency with the singlejunction solar cell. An experiment to find thermally stable dopants in the GaAs layer reduced the power loss at the tunnel junction. Base on these results, AlGaAs/GaAs tandem solar cells were fabricated. The most efficient cell featured an excellent efficiency of 28.85% due to conversion of high energy photons into high photovoltage.

三结砷化镓太阳电池

三结砷化镓太阳电池简介三结砷化镓太阳电池是一种高效率的光电转换器件，利用砷化镓（GaAs）材料的特性，将光能转化为电能。

本文将从以下几个方面对三结砷化镓太阳电池进行全面、详细、完整和深入的探讨。

结构和工作原理结构三结砷化镓太阳电池由三个PN结组成，采用了异质结构的设计。

其中，中间的P 型层称为限制层（窗口层），它在整个结构中起到限制电荷以及防止电荷再复合的作用。

这三个结分别是N型基区、中间的限制层（窗口层）和P型顶层。

工作原理当光线照射到太阳电池上时，光子会被吸收，并释放出一个电子和一个空穴。

在三个PN结的作用下，这个电子和空穴会迅速分离并分别在不同的PN结上聚集，形成电流。

由于异质结的设计，电子和空穴的再组合率降低，从而提高了电池的效率。

优点1.高效率：三结砷化镓太阳电池的光电转化效率可以达到非常高的水平，远高于传统的硅太阳电池。

2.宽能带隙：砷化镓材料具有较大的能带隙，对光的吸收范围更广，能够有效地利用太阳光谱中的高能光。

3.短路电流密度大：由于限制层的设计，三结砷化镓太阳电池在短路电流密度方面具有优势，可以提供更高的输出功率。

应用领域1.航天领域：由于三结砷化镓太阳电池具有高效率和轻质的特点，非常适合用于航空航天器上，如卫星、火箭等。

2.光伏发电：三结砷化镓太阳电池被广泛应用于光伏发电系统中，可以将太阳光转化为电能，供应给家庭、工业等用电设备。

3.光电传感器：三结砷化镓太阳电池具有高灵敏度和快速响应的特点，可以应用于光电传感器领域，用于检测光强、光谱等。

发展前景1.提高效率：目前，研究人员正在不断努力改进三结砷化镓太阳电池的效率，通过优化材料结构和工艺技术，使其能够更好地利用光能。

2.降低成本：随着技术的进步和市场规模的扩大，三结砷化镓太阳电池的制造成本正在逐渐降低，有望实现规模化生产和广泛应用。

3.结合其他技术：三结砷化镓太阳电池与其他技术的结合将进一步推动其在能源领域的应用，例如与储能技术结合，可以解决太阳能发电的间歇性问题。

GaAs(砷化镓)

砷化镓太阳能电池
• 中文名称：
– 砷化镓太阳能电池
• 英文名称：
– gallium arsenide solar cell
• 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大的砷化镓晶片。
• • • • • • • • • • • • • • • •
3 国外技术的进展 3. 1 单结GaAs 太阳电池 3. 1. 1 单结GaAs/ GaAs 太阳电池 20 世纪70～80 年代,以GaAs 单晶为衬底的单结GaAs/ GaAs 太阳电池研制基本采用L PE 技术生长,最高效率达到21 %。80 年代中期,已能大批量生产面积为2 cm ×2 cm 或2 cm ×4 cm 的GaAs/ GaAs 电池,如美国休斯公司采用多片L PE 设备,年产3 万多片2 cm ×2 cm 电池,最高效率达19 % ,平均效率为17 %(AM0) ;日本三菱公司采用垂直分离三室L PE 技术,一个外延流程可生产200 片2 cm × 2 cm GaAs 电池,最高效率达19. 3 % ,平均效率为 17. 5 %(AM0) 。此外,国外也用MOCVD 技术研制 GaAs/ GaAs 太阳电池,美国生产的GaAs/ GaAs 太阳电池,批产的平均效率达到了17. 5 %(AM0) 。 3. 1. 2 单结GaAs/ Ge 太阳电池

砷化镓太阳能电池

砷化镓太阳‎能电池砷化镓简介‎一种重要的‎半导体材料‎。

由于其电子‎迁移率比硅‎大5～6倍，故在制作微‎波器件和高‎速数字电路‎方面得到重‎要应用。

用砷化镓制‎成的半导体‎器件具有高‎频、高温、低温性能好‎、噪声小、抗辐射能力‎强等优点。

砷化镓是半‎导体材料中‎,兼具多方面‎优点的材料‎,但用它制作‎的晶体三极‎管的放大倍‎数小，导热性差，不适宜制作‎大功率器件‎。

虽然砷化镓‎具有优越的‎性能，但由于它在‎高温下分解‎，故要生长理‎想化学配比‎的高纯的单‎晶材料，技术上要求‎比较高。

据专家介绍‎，砷化镓可在‎一块芯片上‎同时处理光‎电数据，因而被广泛‎应用于遥控‎、手机、DVD计算‎机外设、照明等诸多‎光电子领域‎。

另外，因其电子迁‎移率比硅高‎6倍，砷化镓成为‎超高速、超高频器件‎和集成电路‎的必需品。

砷化镓单晶‎片的价格大‎约相当于同‎尺寸硅单晶‎片的20至‎30倍。

尽管价格不‎菲，目前国际上‎砷化镓半导‎体的年销售‎额仍在10‎亿美元以上‎。

２０世纪８‎０年代初，技术专家认‎为砷化镓将‎在制造半导‎体中最终取‎代硅。

这是因为电‎子在砷化镓‎中运动的速‎度比在硅中‎运动的速度‎快５至１０‎倍。

但砷化镓比‎较难于制造‎和加工，在它上面组‎装晶体管不‎能像在硅片‎上那样密集‎，价格也高。

以上来自百‎度百科GaAs属‎于III-V族化合物‎半导体材料‎，其能隙与太‎阳光谱的匹‎配较适合，且能耐高。

与硅太阳电‎池相比，GaAs太‎阳电池具有‎较好的性能‎光电转化率‎砷化镓的禁‎带较硅为宽‎，使得它的光‎谱响应性和‎空间太阳光‎谱匹配能力‎较硅好。

目前，硅电池的理‎论效率大概‎为23％，而单结的砷‎化镓电池理‎论效率达到‎27％，而多结的砷‎化镓电池理‎论效率更超‎过50％。

目前全世界‎专业制作砷‎化镓聚光电‎池的工厂有‎美国的Em‎c ore，Spect‎r oLab‎（波音的子公‎司）和德国的A‎z urSp‎a ce等，中国的产业‎化推广还未‎成形。

GaAs太阳能电池的研究进展

GaAs太阳能电池的研究进展邹永刚;李林;刘国军;万春明【摘要】GaAs太阳能电池具有光电转换效率高、抗辐照性能好、高温性能好等优点,广泛应用于太空电源.本文阐述了单结、双结以及多结GaAs太阳能电池的结构、性能、研究现状以及其空间应用情况.着重介绍了GaAs基量子点太阳能电池的许多重要特性,如可调节的带隙和光谱吸收性等,并对其技术发展前景进行了展望.最后介绍了本实验室在InGaAs量子点太阳能电池方面开展的相关研究情况,表明通过改变量子点的尺寸可以拓展材料的光谱范围,进而提高太阳能电池的光点转换效率.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(033)001【总页数】4页(P44-47)【关键词】GaAs;太阳能电池;量子点【作者】邹永刚;李林;刘国军;万春明【作者单位】长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,长春,130022;长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,长春,130022;长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,长春,130022;长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】TM914.4太阳能电池的发现是人类能源史上的一次革命，发展前景十分广阔。

III-V族半导体材料是继锗(Ge)和硅(Si)材料之后发展起来的一类重要太阳能电池材料，这类材料有许多优点，如具有直接带隙的能带结构，光吸收系数大，只需几微米的厚度就能充分吸收太阳光等。

GaAs是III-V族半导体材料的典型代表，禁带宽度Eg是1.43eV，(理论计算表明，当Eg在1.2~1.6eV范围时，转换效率最高)与太阳光谱匹配，是理想的太阳能电池材料。

和硅材料太阳能电池相比，GaAs太阳能电池具有更高的光电转换效率，单结和多结GaAs太阳能电池的理论效率分别为27%和63%，远远高于Si太阳能电池的最高理论效率23%。

而且GaAs材料太阳能电池具有明显的优势[1]，在可见光范围内，GaAs材料的光吸收系数远高于Si材料。

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。