1、 如果要想使产生的电流最大化，那么太阳电池要能尽量捕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。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。单结太阳电池的设计单结太阳电池的设计1、GaAs太阳电池的结构1PPT课件在传统在传统单结太阳电池单结太阳电池的设的设计上，通常要选用计上，通常要选用带隙大带隙大小位于整个太阳辐射光小位于整个太阳
2、辐射光谱中间的材料，才可达谱中间的材料，才可达到最大的理论效率。到最大的理论效率。也也就是说，最佳的太阳电池材就是说，最佳的太阳电池材料的带隙约为料的带隙约为1.41.5eV之之间。间。这些单结的太阳电池材料的理论效率都在30%以下。2PPT课件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。多结太阳电池的设计多结太阳电池的设计1、GaAs太阳电池的结构多结太阳能电池可以选择性的吸收和转换太阳光谱的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，
3、大幅度提高电池转换效率。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。多结太阳能电池，越上层的电池带隙越大。3PPT课件4PPT课件1、GaAs太阳电池的结构单结单结GaAs/GeGaAs/Ge太阳电池太阳电池为了克服为了克服GaAs/GaAsGaAs/GaAs太阳电池太阳电池机械强度较差、易碎的缺点，19831983年年起逐步采用起逐步采用Ge替代替代GaAsGaAs制备为衬制备为衬底。底。5PPT课件1、GaAs太阳电池的结构多结多结GaAs/GeGaAs/Ge太阳电池太阳电池讨论分析讨论分析1 1、带隙排列？、带隙排列？2 2、为什么制备多结？、为什么制备多结？
4、6PPT课件1、GaAs太阳电池的结构多结多结GaAs/GeGaAs/Ge太阳电池太阳电池多结多结GaAsGaAs电池，按带隙宽度大电池，按带隙宽度大小叠合，可以选择性的吸收和小叠合，可以选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，大转换太阳光谱的不同能量，大幅度提高光电转换。幅度提高光电转换。理论计算表明：双结理论计算表明：双结GaAsGaAs太阳电池的极限效率为太阳电池的极限效率为30%30%，三结，三结GaAsGaAs太阳电池的极限效太阳电池的极限效率为率为38%38%，四结，四结GaAsGaAs太阳电池的极限效率为太阳电池的极限效率为41%41%。7PPT课件小结小结单结太阳电池，通常要选用
5、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，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。8PPT课件 LPE LPE是是NELSONNELSON在在19631963年提出的一种外延生长技术。年提出的一种外延生长技术。其原理是以低熔点的金属其原理是以低熔点的金属(如如Ga Ga、In In 等等)为溶剂为溶剂,以待以待生长材料生长材料(如如GaAsGaAs、Al Al 等等)和掺杂剂和掺杂剂(如如ZnZn、Te Te、Sn Sn 等等)为溶质为溶质,使溶质在
6、溶剂中呈饱和或过饱和状态使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态,通过通过降温降温冷却使溶质从溶剂中析出冷却使溶质从溶剂中析出,结晶结晶在衬底上在衬底上,实现晶体实现晶体的外延生长。的外延生长。2、GaAs太阳电池两种制造技术LPELPE（liquid phase epitaxy）技术技术液相外延液相外延9PPT课件 LPE技术优缺点：优点：优点：缺点：缺点：LPE 设备成本较低设备成本较低,技术较为技术较为简单简单,可用于单结可用于单结GaAs/GaAs 太阳电池的批量生产。太阳电池的批量生产。异质界面异质界面生长无法进行、生长无法进行、多层多层复杂结构的生长难以实现，复杂结构的生长难以实现，外外延
7、层参数难以精确控制延层参数难以精确控制,这限制这限制了了GaAs 太阳电池性能的进一太阳电池性能的进一步提高。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。10PPT课件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。其原理是采用族、族元素的金属有机化合物Ga(CH3)3、Al(CH3)3、Zn(C2H5)2等和族、族元素的氢化物(PH3、AsH3、H2Se)等作为晶体生长的源材料,以热分解的方式热分解的方式在衬底上进行气相沉积(气相外延),生长-族、-族化合物半导体及其三元、四元化合物
8、半导体薄膜单晶。MOCVDMOCVD（metal-organic chemical vapor depositionmetal-organic chemical vapor deposition）技术）技术金属有机化学气相外延金属有机化学气相外延2、GaAs太阳电池两种制造技术11PPT课件12PPT课件小结小结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。13PPT课件70 年代中期至年代中期至90 年代中
9、期年代中期国内均采用国内均采用LPE技术研制技术研制GaAs电池。电池。90 年代中期年代中期 国内开始采用国内开始采用MOCVD 技术研制技术研制GaAs 电池。电池。在在1988 年年9 月月 发射的发射的FY21A 星上星上,进行了我国首次进行了我国首次GaAs 电池电池的卫星标定试验的卫星标定试验。在在1990 年年9 月月 发射的发射的FY21B 星上星上,进行了进行了4 W 组合件的电功率组合件的电功率输出试验。输出试验。2001 年年1 月发射的月发射的“神舟神舟3号号”飞船和飞船和2002 年年5 月发射的月发射的“海海洋洋21”卫星上卫星上,进行了进行了单结单结GaAs 电池
10、的搭载试验。电池的搭载试验。3、GaAs太阳电池国内外应用14PPT课件1970 年和年和1973 年年前苏联发射的前苏联发射的“月行器月行器”、宇宙飞船上装有实验用宇宙飞船上装有实验用GaAs 电电池。池。1984 年年 在在“礼炮礼炮7 号号”飞船的主帆板上安装了飞船的主帆板上安装了1 个个GaAs电池方阵。电池方阵。1983 年年 美国休斯公司在美国休斯公司在L IPS 卫星上安装了由卫星上安装了由1800片片2cm2cm GaAs电池组成的方阵电池组成的方阵进行实验。进行实验。1986 年年 前苏联发射的前苏联发射的“和平号和平号”轨道空间站轨道空间站,装备了装备了10 kW 单结单结
11、Ga xAl xAs/GaAs 异质界面电池异质界面电池,方阵面积比功率达到方阵面积比功率达到180 W/m2。1988年初年初 日本发射的日本发射的CS23 通信卫星这是首颗采用通信卫星这是首颗采用多结电池的商业卫星多结电池的商业卫星。2002 年年6 月月 美国发射的美国发射的Galaxy I2IIC 卫星采用了美光谱实验室生产的、效率卫星采用了美光谱实验室生产的、效率高达高达26.5%的改进型三结的改进型三结GaInP2/GaAs/Ge太阳电池。太阳电池。3、GaAs太阳电池国内外应用15PPT课件总结总结单结太阳电池，通常要选用带隙大小位于整个太阳辐射光谱（）的材料，才可达到（）的理论效率。多结太阳能电池，（）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。最大最大/最小最小 可以可以/不可以不可以GaAs属于（）化合物半导体材料。-族最大可以中间16PPT课件总结总结多结太阳能电池中，越上层的电池带隙越（）。多结太阳能电池中，越下层的电池带隙越（）。大大/小小大小17PPT课件总结总结为了克服GaAs太阳电池机械强度差、易碎的缺点，常用()为衬底。GaAs太阳电池有两种制造技术，()和()。GeLPEMOCVD18PPT课件
