无机化合物电池.ppt

无机化合物电池发展概述 第二组 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0.73~1.13μm) 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 具有长期稳定性 砷化镓（GaAs）太阳能电池 砷化镓 （GaAs）电池 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，且能耐高温。与硅太阳电池相比，GaAs 太阳电池具有较好的性能。 优点 1.光吸收系数高。 2.带隙宽度与太阳光谱匹配。 3.耐高温性能好。 4.抗辐照性能强。 1.砷化镓基单结太阳能电池 1.1GaAs/GaAs同质结太阳能电池 60年代初A.Gbat等人首次采用扩散法制备出原理与硅太阳能电池类似的GaAs太阳能电池，其转化效率不到10%。到了70-80年代，采用液相外延技术（LPE）制备的GaAs/GaAs太阳能电池最高效率达到21%。LPE技术存在GaAs表面复 合速率高，多层结构复杂的生长难以实现和外延层参数难以精确控制等问题，限制了GaAs太阳能电池性能的进一步提高，而GaAs同质结材料密度大，机械性能差，价格贵等缺点，也限制了电池的应用空间。这些问题促使人们寻找新的方法研究GaAs太阳能电池。 1.2GaAs/Ge异质结太阳能电池 结构：上电极，AlGaAs窗口层，GaAs发射结构， GaAs基区， GaAs缓冲区，Ge衬底，下电极。 20世纪80年代，美国的ASEC公司开始采用有机物化学气相外延淀积 （MOCVD）技术，并采用Ge代替GaAs做衬底，研制出GaAs/Ge异质结太阳能电池。保持了高效率，抗辐射和耐高温的优点，同时Ge机械强度高，价格是GaAs的30%，MOCVD技术使太阳能电池表面更加平整,各层厚度均匀，浓度准确可控，GaAs电池性能有很大改善，效率也进一步提高。到了20世纪90年代，很快替代了同质结电池。 2.砷化镓基多结太阳能电池 采用不同禁带宽带的Ⅲ-Ⅴ族材料制备的多结叠层GaAs太阳能电池，通过禁带宽带由大到小组合，使这些材料可以分别吸收和转换太阳光谱中不同波长的光，大幅提高电池的转换效率。 双结叠层电池由两种不同禁带宽度的材料制成，通过隧穿结串接而成，研究比较成熟，主要有AlGaAs / GaAs，GaInP/GaAs, GaInAs/InP等。 在GaInP/GaAs基础上研制出了三结太阳能电池，主要是GaInP/GaAs/Ge，有很好的高温特性，聚光显著提高电流输出，特别实现高倍聚光后，可获得更高的功率输出。 研究发现，结数越多，效率越高，因此四结五结的研制将是太阳能电池研究的热点。 3.GaAs基量子点太阳能电池 量子点是第三代太阳能电池。（第一代是硅非晶硅，第二代是薄膜） 量子点(quantumdots，QDs)又可称为纳米晶，是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级。量子点一般为球形或类球形，是由半导体材料(通常由II B～ⅥB或IIIB～VB元素组成)制成的、稳定直径在2～20 nm的纳米粒子。量子点是在纳米尺度上的原子和分子的集合体，既可由一种半导体材料组成，如由II．VI族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或III．V族元素(如InP、InAs等)组成，也可以由两种或两种以上的半导体材料组成。 产业发展现状及展望 砷化镓电池主要还是应用在宇宙空间探测利用等方面，在地面使用较少。 存在的问题 制备费用高；砷有毒，对于环境安全 和生产工人自身身体安全都是一个不小的威胁；目前的砷化镓电池由于自身物理因素的限制，一般制成带衬底的薄膜电池，需要构造隧道和防止形成寄生的p/n结，这增加了技术的难度 一种比较有前途的光伏发电装置，对促进未来人类新能源利用，创造洁净生存环境是一个好的备选项. 碲化镉（CdTe）太阳能电池 一种以p型CdTe和n型Cd的异质结为基础的薄膜太阳能电池，是在玻璃或是其它柔性衬底上依次沉积多层薄膜而构成的光伏器件。 第一个碲化镉薄膜太阳能电池是由RCA实验室于1976年在CdTe单晶上镀上In的合金制得的，其光电转换效率为2.1%。20世纪90年代初，碲化镉薄膜太阳能电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。目前碲化镉薄膜太阳能电池在实验室中获得的最高光电转换效率已达到17.3%。其商用模块的转换效率也达到了10%左右。  碲化镉薄膜电池的结构