砷化镓太阳能电池
摘要
本文主要对砷化镓太阳电池的结构、性能、研制及生产情况作了简单介绍,分析了GaAs太阳电池的发展方向,最后根据GaAs太阳电池的研制进展和空间试用情况,提出了发展GaAs太阳电池的设想。
关键词:砷化镓太阳能电池; 技术; 进展
引言：
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。
1．砷化镓简介
砷化镓是一种重要的半导体材料，属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体，化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。砷化镓于1964年进入实用阶段，砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。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。此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。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.
2.发展历程
GaAs太阳电池的发展是从上世纪50年代开始的，至今已有已有50多年的历史。1954年世界上首次发现GaAs材料具有光伏效应。在1956年，LoferskiJ.J.和他的团队探讨了制造太阳电池的最佳材料的物性，他们指出Eg在1.2～1.6eV 范围内的材料具有最高的转换效率。（GaAs材料的Eg=1.43eV，在上述高效率范围内，理论上估算，GaAs单结太阳电池的效率可达27％）。20世纪60年代，Gobat等研制了第1个掺锌GaAs太阳电池，不过转化率不高，仅为9％～10％，远低于27％的理论值。20世纪70年代，IBM公司和前苏联Ioffe技术物理所等为代表的研究单位，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％。不久，美国的HRL （HughesResearchLab）及Spectrolab通过改进了LPE技术使得电池的平均效率达到18％，并实现了批量生产，开创了高效率砷化镓太阳电池的新时代[1]。
从上世纪80年代后，GaAs太阳电池技术经历了从LPE到MOCVD，从同质外延到异质外延，从单结到多结叠层结构的几个发展阶段，其发展速度日益加快，效率也不断提高，目前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。
3.制备方法
与硅相仿，砷化镓材料也可分为体单晶和外延材料两类。体单晶可以用作外延的衬底材料，也可以采用离子注入掺杂工艺直接制造集成电路（采用高质量、大截面、半绝缘砷化镓单晶）。重点是液封直拉法（即液封乔赫拉斯基法，简称LEC法）,但水平舟生长法（即水平布里其曼法）因制出的单晶质量和均匀性较好，仍然受到一定的重视。液封直拉法的一个新发展是在高压单晶炉内用热解氮化硼 (PBN)坩埚和干燥的氧化硼液封剂直接合成和拉制不掺杂、半绝缘砷化镓单晶。另外，常压下用石英坩埚和含水氧化硼为液封剂的方法也已试验成功。不论水平舟生长法或是液封直拉法，晶体的直径均可达到100～150毫米而与硅单晶相仿。
砷化镓的外延生长按工艺可分为气相和液相外延，所得外延层在纯度和晶体完整性方面均优于体单晶材料。通用的汽相外延工艺为Ga/AsCl3/H2法,这种方法的变通工艺有Ga/HCl/AsH3/H2和Ga/AsCl3/N2法。为了改进Ga/AsCl3/H2体系气相外延层的质量，还研究出低温和低温低压下的外延生长工艺。液相外延工艺是用 Ga/GaAs熔池覆盖衬底表面,然后通过降温以生长外延层,也可采用温度梯度生长法或施加直流电的电外延法。在器件(特别是微波器件)的制造方面,汽相外延的应用比液相外延广泛。液相外延可用来制造异质结(如GaAs/AlxGa1-xAs)，因此它是制造砷化镓双异质结激光器和太阳电池等的重要手段。
砷化镓外延技术还有分子束外延和金属有机化合物汽相沉积外延。分子束外延是在超高真空条件下，使一个或多个热分子束与晶体表面相作用而生长出外延层的方法。对入射分子或原子束流施加严格的控制，可以生长出超晶格结构，例如由交替的GaAs和AlxGa As薄层（厚度仅10埃）所组成的结构。金属有机化合物汽相沉积外延是用三甲基镓或三乙基镓与砷烷相作用而生长外延层。用这种方法也能适当地控制外延层的浓度、厚度和结构。与分子束外延相比，金属有机化合物汽相沉积外延设备和工艺均较简单，但分子束外延层的质量较高[2]。4.砷化镓中的杂质
在晶体生长过程中，会有意或无意地引入杂质。一般情况下，引入的杂质都是具有电活性的，但是有一些引进的污染会在晶体中形成空位，从而不具有电活性。规定掺入的杂质在半导体中要么是施主原子，要么是受主原子。施主原子是比其替代的原子多一个或一个以上的电子，这些多出的电子在晶体中可以自由移动从而形成电流；相反，受主原子是比其替代的原子少一个或一个以上的电子，因此，受主原子可以捕获晶体中的自由移动的电子。不管是在半导体中掺人哪一种类型的杂质，都会导致半导体材料电学性能的改变。
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。
5.几项基本技术介绍
GaAs生产方式有别于传统的硅晶圆生产方式，GaAs生产需要采用磊晶技术，这种磊晶圆的直径通常为4―6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多，因此，制备其磊晶圆需要特殊的机台。目前，常用于GaAs制备的技术有几种，主要有LPE 和MOVPE等。
1.LPE技术介绍
液相外延技术（LiquidPhaseEpitaxy，简称LPE）1963年由Nelson等人提出的，在GaAs的生产中，其以低熔点的Ga）镓）为溶剂，以待生长材料Ga、As （砷）和掺杂剂Zn（锌）、Te（碲）、Sn（锡）等为溶质，使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态。通过降冷却使石墨舟中的溶质从溶剂中析出，在单晶衬底上定向生长一层晶体结构和晶格常数与单晶衬底（常为Ga）足够相似的GaAs晶体材料，使晶体结构得以延续，实现晶体的外延生长。
2.MOVPE技术介绍
金属有机化学汽相淀积（MOCVD）是由美国洛克威尔公司的H.M.Manasevit 等在1968年首先提出的一种制备化合物半导体薄层单晶膜的新型汽相外延生长技术。在GaAs晶片的制备中，它采用Ga元素的有机化合物和As的氢化物等作为晶体生长原料，以热分解反应方式在衬底上进行汽相外延，生长GaAs化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄膜层单晶材料。MOCVD是在常压或低压（≈10kPa）下于通H2的冷壁石英反应器中进行的，衬底度为600-800℃，过程中需用射频加热石墨支架，让H2气通过度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。目前MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受生长速率、生长度和As/Ga比、金属有机物和AsH3的纯度等诸多参数的影响[3]。
6.国内技术发展情况
在上世纪70年代中期至90年代中期，国内一般采用LPE技术研制GaAs电池，单结GaAs/GaAs电池效可达20％。1995年开始，国内开始采用MOCVD技术研制GaAs电池。“十五”初期，单结GaAs/Ge电池进入量产（用于航天），量
产平均效率达到18.5％～19.0％（AM0）。我国首次GaAs电池试验是在1988年9月时进行的，当时发射的FY21A星上，在卫星的太阳方阵帆板上使用了20mm ×20mm×0.3mm单结GaAs电池，取得较好的效果。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，也应用了单结GaAs/GaAs电池。[4]
7.砷化镓电池产业发展现状
就世界的角度来说，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。目前全世界专业制作砷化镓聚光电池的工厂有美国的Emcore，SpectroLab（波音的子公司）和德国的AzurSpace等，中国的产业化推广还未成形。
2007年8月开始，由于聚光技术的采用，砷化镓电池从卫星上的使用转变为聚光的太阳能发电站的规模应用。为此，Emcore公司花了1000万美元，将产能增加到目前的每年150兆瓦。在2008年，全球的砷化镓电池的生产取得突破性的发展，4月，作为砷化镓生产的全球主要厂家之一SpectroLab，获得350兆瓦，9300万美元（1000倍聚光）的电站订单。在东亚地区，也有初步的生产推广，2008年5月，韩国电站就接到70兆瓦，2800万美元（500倍聚光）的订单。
随着全球光伏产业的大发展，光伏电池的生产在逐步推开。
8.砷化镓电池产业发展遇到的问题
砷化镓光伏电池有着较优的转化效率，有明显的发展优势，应该成为一种有效的光伏发电途径，但是，目前在中国产业化方面并不理想，出现了一些问题和阻碍。主要有以下几个方面：
一是制备费用高居不下，据文献报道，砷化镓晶片的制备费用约为10000$/m2，比常规的硅晶电池相比高出不少，当然，这是几方面的因素造成的：一方面，由于镓元素在全球的储量不多，大概在两百万吨左右（中国约占一半），而且开采难度大（一般为铝土矿的伴生矿），在当今号召降低高耗能投资的要求下（电解铝项目得到严格控制），短期内要扩大粗镓的生产比较难。另一方面，由于半导体材料对纯度的要求很高，对半导体用镓的要求达到6―7个9，目前世界上掌握这样提纯技术的国家仅有美国、德国和日本少数几个，由于技术的垄断，对扩大再生产构成限制，总体上增加了制备费用。
二是砷化镓的另一个组分砷有毒，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，在没有得到有力技术保证的前提下，一般的企业也不愿往这方面投产。
第三，目前的砷化镓电池由于自身物理因素的限制（脆性），一般制成带衬底的薄膜电池，需要构造隧道结和防止形成寄生的p/n结，这增加了技术的难度。
第四，由于砷化镓电池的高转化率，常把其制成高聚光电池，当然，这一方面可以缩小耗材，对于降低成本有利，但是也存在需要追日跟踪系统的问题，而且由于各地区的日照条件不一样据了解，目前对追日跟踪系统的要求也不一样，也增加系统的复杂度和实施的难度。
第五，国内市场这几年的注意力都集中在多晶硅市场，而且是进行的是一种90％以上原料依赖进口，90％以上产品依赖出口的一种模式，没有把注意力集中到本土化光伏发电推广，长此以往，整个光伏产业会缺乏动力需求，这对砷化镓电池产业的发展来说也是不利的。
第六，对于产业化来说，民众认可是很重要的，这些年来，对于砷化镓光伏电池，民众认知度不够，媒介和研究机构的宣传推广工作有些不力。
第七是国家策，府策支持在光伏产业方面比较宏观，目前还没有做到对光伏电池行业进行分类别对待，支持产业发展，在成本竞争不具备优势的情况下，策支持的不力使砷化镓产业化推进缓慢。以上这些原因的综合出现，对砷化镓电池产业的发展造成了障碍。
对策分析：
针对目前出现的问题，我认为可以从以下几方面着手去努力解决：
首先，需要在原料镓上做好功夫，虽然镓储量全球不太多，但是中国相对来说是较丰富的，目前的问题就是提纯技术不过关的问题，这就需要我们广大的相关科研机构合作攻关，做好镓的高纯提取。
第二是要做好安全保障措施，提高工厂生产的智能化、自动化，减少生产直接接触人员，保障安全化生产和人身安全，减小环境阻力。
第三是加大技术攻关，简化制备工艺，减小电池系统复杂度，降低电池制备耗费。
第四是新闻媒介和相关学术机构做好宣传推荐工作，提高民众认知度。
第五是国家策支持明细化，比如对光伏发电电池产业来说，对晶硅电池、薄膜电池、砷化镓电池、碲化铬电池等的产业化生产做好分类对待，培植一些有竞争力的砷化镓电池生产企业，同时鼓励各地新建光伏电站采用砷化镓光伏电池。
9.展望
目前由于资金、技术和会认知等方面的不足，砷化镓电池在中国并没有走进大众生活，实现产业化生产。但是由于砷化镓电池具有很高的能量转化效率，个人认为，是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，相信通过业界的共同努力，府策上的得力支持，民众的开放性心里对待，砷化镓太阳能光伏电池产业化会逐步发展，稳步推进，在明天的广泛运用不是梦。
参考文献：
[1] CHIANG P K, et al . Experimental results of Ga InP/GaAs/ Ge triple junction cell development for space sys2 terns[ C ] . Washington DC: Proceedings of 25th IEEE PVSC , 1996 , 183～186.
[2] KURTZ S R , MYERS D , OLSON J M. Projected per2 formance of three2and four2junction devices using GaAs and Ga InP[C] . Anaheim CA : Proceedings of 26th IEEE PVSC , 1997 , 875～878.
[3] CROSS T A , et al . GaAs solar panels for small satelli2 ets : Performance data and technology trends[C] . Wash2 ington DC: Proceedings of 25th IEEE PVSC , 1996 , 277～282.
[4 ] KEENER C D , et al . Progress toward technology translation of Ga InP/ GaAs/ Ge multifunction solar cells [ C ] .Anaheim CA : Proceedings of 26th IEEE PVSC, 1997
2018年砷化镓太阳能电池行业分析报告
目录 一、太阳能电池行业的基本情况与发展趋势 (4) 1、太阳能电池简介 (4) 2、太阳能电池产业链 (5) 3、不同材料太阳能电池适用性的比较 (5) 4、太阳能电池市场规模与发展趋势 (6) （1）全球太阳能电池市场容量 (6) （2）国内太阳能电池行业发展现状 (7) （3）太阳能电池行业发展趋势 (8) ①产品结构趋向多元化 (8) ②技术创新成为未来竞争的核心 (8) 二、砷化镓太阳能电池市场分析与发展趋势 (9) （1）空间用砷化镓太阳能电池 (10) （2）地面聚光砷化镓太阳能电池 (11) （3）国际砷化镓太阳能电池的市场状况 (13) （4）国内砷化镓太阳能电池的市场状况 (13) 2、国内砷化镓太阳能电池市场的发展趋势 (14) （1）空间用砷化镓太阳能电池市场稳定且潜力巨大 (14) （2）地面聚光砷化镓太阳能电池目前处于市场导入期，未来可能快速增长 (15) 三、进入砷化镓太阳能电池领域的主要壁垒 (15) 1、技术壁垒 (15) 2、资本壁垒 (16) 3、客户资源壁垒 (16) 四、砷化镓太阳能电池利润水平的影响因素与变化趋势 (17) 五、砷化镓太阳能电池技术发展趋势 (17) 1、空间用砷化镓太阳能电池技术发展趋势 (17) 2、地面聚光砷化镓太阳能电池技术发展趋势 (18)
六、行业的季节性与周期性 (19)
一、太阳能电池行业的基本情况与发展趋势 1、太阳能电池简介 太阳能电池是利用光伏效应将太阳能通过半导体物质转变为直流电能的一种器件。目前，已商业化的太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池（单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池）、薄膜太阳能电池和半导体化合物太阳能电池（以砷化镓太阳能电池为主）三大类。 晶体硅太阳能电池目前占据绝大部分太阳能电池市场份额，广泛应用于发电；薄膜太阳能电池近年来因技术的迅速发展，具备了相对于晶体硅太阳能电池的成本优势；相比于晶体硅和薄膜太阳能电池产品，砷化镓太阳能电池是新能源、新材料的典型代表之一，在太阳能电池产品中光电转换效率最高、科技含量最高、技术难度最高，产品问世初期主要应用于空间飞行器电源和其他高端用途，近年来随着聚光技术和跟踪技术的发展，产品应用范围逐步扩展，砷化镓聚光电池应用于地面发电系统的比较经济优势已开始显现。 光电转换效率是衡量太阳能电池技术水平最重要的指标，不同种类太阳能电池最高光电转换效率情况如下表： 不同种类太阳能电池光电转换效率比较表
Epitaxial Lift-Off of Large-Area GaAs Thin-Film Multi-Junction Solar Cells C. Youtsey, J. Adams, R. Chan, V. Elarde, G. Hillier, M. Osowski, D. McCallum, H. Miyamoto, N. Pan, C. Stender, R. Tatavarti, F. Tuminello, A. Wibowo MicroLink Devices, Inc. 6457 W. Howard St., Niles, IL 60048 847-588-3001, cyoutsey@https://www.doczj.com/doc/167258851.html, Keywords: Epitaxial lift-off, multi-junction solar cells Abstract MicroLink Devices is currently transitioning into production a wafer-scale, epitaxial lift-off process technology for GaAs- and InP-based materials. This process enables the separation of thin, epitaxially-grown layers from the substrate on which they were deposited, and multiple reuses of the original substrate. Key advantages include cost reduction, weight reduction, improved thermal conductivity and high flexibility. I NTRODUCTION Epitaxial lift-off (ELO) is a processing technique that enables thin epitaxial layers grown on GaAs or InP substrates to be “peeled off” from the host substrate. Although explored by many groups since the 1970s [1-3], ELO is finally transitioning to a viable manufacturing technology. The ELO process offers several important advantages for both performance enhancement and cost reduction of III-V electronic and optoelectronic devices. The epitaxial films can be transferred to new support substrates that are thin, flexible, lightweight, and with higher thermal conductivity than the original growth substrate. The GaAs or InP substrate can be reused many times. At MicroLink Devices we have developed an industry-first ELO process capable of lifting off large areas of semiconductor material from substrates up to 6 inches in diameter without any degradation of material quality or performance characteristics [4-6]. An example of a 4-inch GaAs foil with large-area solar cells is shown in Figure 1. We are actively pursuing the commercialization of this technology for fabricating thin, flexible large-area multi-junction solar cells with very high efficiency. Potential applications include electric-powered, unmanned aerial vehicles (UAVs), space satellites, and terrestrial solar concentrator systems. E XPERIMENTAL All epitaxial structures were grown by metallorganic chemical vapor deposition (MOCVD) at 100 mbar using arsine (AsH3), phosphine (PH3), trimethylindium (TMI), trimethylgallium (TMG) as precursors and using a V/III ratio >50. Inverted metamorphic multijunction (IMM) InGaP/GaAs/InGaAs structures were grown on GaAs substrates. Figure 2 and 3 show schematics that outline the basic ELO process. The first layer deposited on the substrate is a thin, AlAs release layer (~5 nm). The solar cell epitaxial layers are then deposited, followed by application of a thick (1-2 mil) flexible metal carrier layer. The wafer is then immersed in a concentrated HF-acid chemistry, which selectively dissolves the release layer (the etch selectivity relative to the GaAs epitaxial structure is greater than 1E5). The thin, composite structure consisting of the metal carrier Figure 1: 4-inch GaAs ELO foil attached to a thin and flexible metal backing. The wafer contains two large-area (20-cm2) solar cells.
太阳能电池种类、发展历史及发展现状 摘要：太阳是一个巨大的能源，它以光辐射的形式每秒钟向太空发射约3.8×10M焦耳的能量，有22亿分之一投射到地球上。太阳光被大气层反射、吸收之后，还有70%透射到地面。尽管如此，地球上一年中接受到的太阳能仍然高达1.8×10^18kW·h。由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得光伏产业迅猛发展；太阳电池的发展也日新月异。本文综述了太阳能电池的种类，发展历程以及发展现状。 关键词：发展进程、单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、染料敏化层叠太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶化学太阳能电池、现状 引言：太阳能可以说是“取之不尽，用之不竭”的能源，与传统矿物燃料相比，太阳能具有清洁和可再生等独特优点。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，其转换途径有很多，有光热电间接转换和光电直接转换，前者主要有太能能热水器等，后者主要指太阳能电池。 太阳能电池发展进程第一代太阳能电池：包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90％以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8％。第二代太阳能电池：第二代太阳电池是基于薄膜材料的太阳电池。薄膜技术所需的材料较晶体硅太阳电池少得多，且易于实现大规模生产。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池。我国南开大学于20世纪80年代末开始研究铜铟硒薄膜电池，目前在该研究领域处国内领先、国际先进地位。其制备的铜铟硒太阳电池的效率已经超过12％。铜铟硒薄膜太阳电池的试生产线亦已建成。我国在染料敏化纳米薄膜太阳电池的科学研究和产业化研究上都与世界研究水平相接近。在染料敏化剂、纳米薄膜修饰和电池光电效率上都取得与世界相接近的科研水平，在该领域其有一定的影响。第三代太阳能电池：第三代太阳电池必须具有以下条件：薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒。目前第三代太阳电池还在进行概念和简单的试验研究。已经提出的第三代太阳电池主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电等。虽然太阳能电池材料的研究已到了第三个阶段，但是在工艺技术的成熟程度和制造成本上，都不能和常规的硅太阳能电池相提并论。硅太阳能电池的制造成本经过几十年的努力终于有了大幅度的降低，但是与常规能源相比，仍然比较昂贵，这又限制了它的进一步大规模应用。鉴于此点，开发低成本，高效率的太阳能电池材料仍然有很长的路要走[3]。 1、单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。 为了降低生产成本，地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成P>N结。
砷化镓太阳能电池研究报告 摘要：美国的阿尔塔设备公司使用外延层剥离技术，用砷化镓制造出了最高转化效率达28.4%的薄膜太阳能电池。这种电池不仅打破了此前的转化效率，其成本也低于其他太阳能电池。该太阳能电池效率提升的关键并非是让其吸收更多光子而是让其释放出更多光子，未来用砷化镓制造的太阳能电池有望突破能效转化记录的极限。目前效率最高的商用太阳能电池由单晶硅圆制造，最高转化效率为23%。砷化镓虽然比硅贵，但其收集光子的效率更高。就性价比而言，砷化镓是制造太阳能电池的理想材料。 1.砷化镓结构及光电性能 砷化镓属于Ⅲ－Ⅴ族化合物，是一种重要的半导体材料，化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃。在300 K 时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，如图1。 图1砷化镓能带结构简图 砷化镓在自然条件下的结晶态通常具有两种晶体结构：闪锌矿结构或正斜方晶结构。其中．正斜方晶结构的GaAs只能在高压下获得，闪锌矿结构是室温下GaAs 的最稳定构型。闪锌矿的晶体构如图2所示。
图2 砷化镓晶体闪锌矿结构 闪锌矿的GaAs晶体结构属立方晶系F43m空间群，晶格常数a=O 56535nm．配位数Z=4。如图2所示的GaAs结构是立方面心格子，Ga2+位于立方面心的结点位置．As交错地分布于立方体内的l／8小立方体的中心，每个Ga2+周围有4个As与之成键．同样，每个As2-。周围有4个Ga2+，阴阳离子的配位数都是4。如果将As2-看成是作立方紧密堆积，则Ga2+充填于l／2的四面体空隙。而正斜方晶结构在高压下才能获得，在温度为300K时，随着压强的增加，GaAs发生从闪锌矿结构GaAs 到正斜方晶GaAs．II的相变。
一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显
砷化镓太阳能电池 摘要 本文主要对砷化镓太阳电池的结构、性能、研制及生产情况作了简单介绍,分析了GaAs太阳电池的发展方向,最后根据GaAs太阳电池的研制进展和空间试用情况,提出了发展GaAs太阳电池的设想。 关键词:砷化镓太阳能电池; 技术; 进展 引言： 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。 1．砷化镓简介 砷化镓是一种重要的半导体材料，属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体，化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。砷化镓于1964年进入实用阶段，砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。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。此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。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
砷化鎵太阳能电池或将逐渐取代晶硅太阳能电池 来源：网络来源日期：2012-7-13 作者：全球电池网点击：15639 根据最近刚刚结束的京都议定书修改，未来高耗能产品输出将受到严格限制。生产过程须高耗能的单、多晶硅太阳能电池将面临严苛挑战。而具环保低耗能且发电转换效率更高的砷化鎵太阳能电池，估计将逐渐取代晶硅太阳能电池市场。目前市场上量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在15%上下，为了提炼晶硅原料，需要花费极高的能源，所以严格地说，现今的晶硅太阳电池，也是某种型式的浪费能源。而砷化鎵太阳能电池，由于原料取得不需使用太多能源，而且光电转换效率高达38%以上，比传统晶硅原料高出许多，符合修改后的京都议定书规范，估计未来将成市场主流。 为了解决这一问题，人们不得不把眼光盯向薄膜电池，使近年薄膜电池异军突起，引起投资者的极大兴趣。但薄膜电池光电转换效率相对较低，特别是砷化镓薄膜电池价格昂贵，目前仅在空间领域应用，给光伏产业的大规模发展带来一定制约。而采用砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统即所谓HCPV系统，却能实现光热与光伏的综合利用，并充分降低生产成本、提高转换效率，为光伏产业更大发展开辟新的市场空间。 一、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的基本构想 在光伏发电产业中，单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池几乎占到全部产量的94%以上。由于近年太阳能级硅材料供不应求，且持续大幅度涨价，在一定程度上制约了硅基光伏电池的发展。因此，如何提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本，成为目前光伏产业必须研究和解决的核心问题。人们一方面在研究和扩大太阳能级硅材料的生产，另一方面又在研究和推广不用或少用硅材料来生产新的光伏电池。在这样一种背景下，非晶硅、硫化镉、碲化镉及铜铟硒等薄膜电池应运而生，乘势发展。上述光伏电池中，非晶硅电池效率低下，且稳定性有待提高。尽管硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池效率高，成本较晶体硅电池低，且易于大规模生产，但是镉有剧毒，会对环境造成严重污染，硒和铟是储量很少的稀有元素，因此大规模发展必将受到材料制约。而砷化镓化合物材料具有十分理想的禁带宽度以及较高的光吸收效率，适合于制造高效电池。此外，还可以通过叠层技术做成多结砷化镓基电池，以进一步提高转换效率。但是，由于砷化镓基材料价格昂贵，砷化镓薄膜电池目前只在航天等特殊领域应用，离地面应用的商业化运行还有很大距离。
太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景
第三代太阳能电池简介 何宇亮1，2，3，4王树娟1高全荣1沈文忠3丁建宁2施毅4 1，无锡新长江纳米电子科技有限公司（无锡长江路7号，2140287） 2，江苏大学微纳米科技中心（镇江学府路301号，212013） 3，上海交通大学太阳能研究所（上海闵行区东川路800号，200240） 4，南京大学物理学（南京汉路37号，210093） 摘要 在当前迅速发展的绿色能源中，硅片状太阳能电池占有很大的优势（又被称做第一代太阳能电池），然而为了大幅度降低成本扩大产量，以非晶硅薄膜太阳能电池（又被称为第二代太阳能电池）为代表的薄膜型太阳电池正在赶上，专家估计不久将会占有市场。为了进一步克服前二者存在着的不可克服的弱点，不断提高电池的光电性能及转换效率，近些年叠层式薄膜太阳能电池的研究已受到各国科学界重视。由于它已表现出比前二者具有更强的优势和应用前景，因此已被国内外学术界命名为第三代太阳能电池。作者结合自己在这方面的工作和一些设想对它做一些简要的介绍。 1、第三代太阳能电池指的是什么 在全球绿色能源大幅度蓬勃发展中，对太阳能的利用已被各个先进国家列为非常重要的地位。一般称目前正在大量生产且在市场上占主要地位的单晶硅、多晶硅片状电池为第一代太阳能电池，它从上世界50年代发展到今天其工艺技术已成熟且光电转换效率已达15～25％（其理论上极限值为29％）。正是由于它使用的是体硅材料，不仅对硅材料消耗量很大，以至成本高，而且其转换效率已接近于理论极限值，进一步发展的空间有限。 近十多年来属于第二代的薄膜型太阳能电池发展迅速，且已有大量投产，具有与第一代太阳能电池抗衡的苗头。据了解，日本Sharp公司将于今年在大阪市建立一座年产量达1GW的非晶硅薄膜太阳能电池厂。我国已计划将在无锡建造一条全自动化非晶硅太阳能电池生产线，每年可生产光电155MW。大家知道，非晶硅薄膜对可见光的吸收能力比晶体硅高500倍，电池厚度仅为晶体硅电池的百分之几（μm量级），它可以以廉价玻璃、柔性塑料以及不锈钢薄片为衬底材料。这不仅大大降低了制作成本，节省硅材料，还能根据需要制成大面积的电池板，这些都是它的优势。虽然它的光电转化效率还较低，仅为（6～10）％，但提高的空间较大。随着科学技术的不断提高以及人们对低温成膜技术的不断改进，几年之后很有可能超过目前多晶硅电池的转变效率。
砷化镓薄膜电池聚光技术 随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的 逐步增强，以光伏为核心的太阳能发电事业近年来有了快速发展。但光伏电力比传统火电价格高达4-6倍以上，完全市场化运营特别是为普通老百姓所接受还有一定困难。根据最近刚刚结束的京都议定书修改，未来高耗能产品输出将受到严格限制。生产过程须高耗能的单、多晶硅太阳能电池将面临严苛挑战。而具环保低耗能且发电转换效率更高的砷化鎵太阳能电池，估计将逐渐取代晶硅太阳能电池市场。目前市场上量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在15％上下，为了提炼晶硅原料，需要花费极高的能源，所以严格地说，现今的晶硅太阳电池，也是某种型式的浪费能源。而砷化鎵太阳能电池，由于原料取得不需使用太多能源，而且光电转换效率高达38％以上，比传统晶硅原料高出许多，符合修改后的京都议定书规范，估计未来将成市场主流。 为了解决这一问题，人们不得不把眼光盯向薄膜电池，使近年薄膜电池异军突起，引起投资者的极大兴趣。但薄膜电池光电转换效率相对较低，特别是砷化镓薄膜电池价格昂贵，目前仅在空间领域应用，给光伏产业的大规模发展带来一定制约。而采用砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统即所谓HCPV系统，却能实现光热与光伏的综合利用，并充分降低
生产成本、提高转换效率，为光伏产业更大发展开辟新的市场空间。 一、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的基本构想 在光伏发电产业中，单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池几乎占到全部产量的94%以上。由于近年太阳能级硅材料供不应求，且持续大幅度涨价，在一定程度上制约了硅基光伏电池的发展。因此，如何提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本，成为目前光伏产业必须研究和解决的核心问题。人们一方面在研究和扩大太阳能级硅材料的生产，另一方面又在研究和推广不用或少用硅材料来生产新的光伏 电池。在这样一种背景下，非晶硅、硫化镉、碲化镉及铜铟硒等薄膜电池应运而生，乘势发展。上述光伏电池中，非晶硅电池效率低下，且稳定性有待提高。尽管硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池效率高，成本较晶体硅电池低，且易于大规模生产，但是镉有剧毒，会对环境造成严重污染，硒和铟是储量很少的稀有元素，因此大规模发展必将受到材料制约。而砷化镓化合物材料具有十分理想的禁带宽度以及较高的光吸收效率，适合于制造高效电池。此外，还可以通过叠层技术做成多结砷化镓基电池，以进一步提高转换效率。但是，由于砷化镓基材料价格昂贵，砷化镓薄膜电池目前只在航天等特殊领域应用，离地面应用的商业化运行还有很大距离。
高效HIT太阳能电池的发展现状 2013-5-27 13:17|发布者: 沈秋晨|查看: 1973|评论: 0|原作者: 乔秀梅，贾锐等|来自: Solarzoom 摘要: 摘要：带有本征薄层的异质结（Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm（HIT））太阳能电池起源于Hamakawa等设计的a-Si/c-Si堆叠太阳能电池，与单晶、非晶硅太阳能电池相比，其具有低温工艺，高的稳定性等优点， ... 摘要：带有本征薄层的异质结（Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm （HIT））太阳能电池起源于Hamakawa等设计的a-Si/c-Si堆叠太阳能电池，与单晶、非晶硅太阳能电池相比，其具有低温工艺，高的稳定性等优点，具有广阔的发展前景。 本文介绍了HIT太阳能电池的基本结构和能带并对其特点进行了深入的分析，根据相关文献从清洗，透明导电氧化层（TCO）的制备，非晶硅层的制备，背表面场的制备等方面深入分析了HIT太阳能电池的技术发展状况，并以三洋公司为引线，简单介绍了HIT太阳能电池的产业发展现状。 关键词：HIT；太阳能电池；结构；特点；技术发展；产业发展 1HIT太阳能电池的结构及其特点 1.1HIT太阳能电池的结构 1.1.1基本结构 HIT电池的本质是异质结太阳能电池，A.I.Gubanov于1951年就已经提出了异质结的概念，并且进行了理论分析，但是由于当时制备异质结的工艺技术十分复杂和困难，所以异质结的样品迟迟没有制备成功。1960年Anderson成功的制备出高质量的异质结样品，还提出了十分详细的理论模型和能带结构图。带本征薄层异质结（HIT）太阳能电池是由MakotoTanaka和MikioTaguchi等人于1992年在三洋公司第一次制备成功。图1为常见的双面异质结电池的结构示意图，其特征是三明治结构，中间为衬底p(n)型晶体Si，光照侧是n(p)-i型a-Si膜，背面侧是i-p+(n+)型a-Si膜，在两侧的顶层溅射TCO膜，电极丝印在TCO膜上，构成具有对称型结构的HIT太阳电池。本征a-Si:H起到钝化晶体硅表面的缺陷的作用。最常见的是p型硅基异质结太阳能电池，其广泛应用于光伏产业，因为p型硅片是常见的光伏材料且以p型单晶硅为衬底的电池接触电阻较低，但是由于硼和间隙氧的存在，使得以p型单晶硅为衬底的太阳电池有较严重的光照衰减问题。且由于c-Si(p)/a-Si(i/p)界面氢化非晶硅价带带阶（0.45ev）要比导带带阶大（0.15ev），n型硅基比p型硅基更适合双面异质结太阳能电池。图2是异质结的能带图。对n型Si衬底HIT电池，前表面处较大的价带带阶形成少子空穴势阱，因势阱中空穴势垒较高，热发射概率小，从而有效地阻止了光生空穴的传输。在背面处，薄本征a-Si:H层以及n型a-Si:H层与n型c-Si形成有效
砷化镓太阳能电池历史版本 为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。 砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。GaAs 属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30％，特别适合做高温聚光太阳电池。 砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V 比率、总流量等诸多参数的影响。 GaAs（砷化镓）光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5％（一般在19.5％左右），产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，用MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降低成本很有希望的方法。 已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓、多晶砷化镓、镓铝砷--砷化镓异质结、金属--半导体砷化镓、金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法、直接拉制法、气相生长法、液相外延法等。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受到影响。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发。1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs 太阳能电池转换效率为24.2％，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7％。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb,所得到的电池效率达到31.1％。铜铟硒CuInSe2简称CIC。CIS材料的能降为1.leV，适于太阳光的光电转换,另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。CIS 薄膜电池从80年代最初8％的转换效率发展到目前的15％左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15.3％（面积1cm2）。1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17.l％的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20％，相当于多晶硅太阳能电池。CIS 作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/167258851.html, 太阳能电池的发展历史 作者：张金晶 来源：《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。 此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池
砷化镓太阳能电池行业的现状与发展前景 目录 一、太阳能电池行业的基本情况与发展趋势 (2) （一）太阳能电池简介 (2) （二）太阳能电池产业链 (2) （三）不同材料太阳能电池适用性的比较 (3) （四）太阳能电池市场规模与发展趋势 (4) 1．全球太阳能电池市场容量 (4) 2．国内太阳能电池行业发展现状 (4) 3．太阳能电池行业发展趋势 (5) 二、砷化镓太阳能电池市场分析与发展趋势 (6) （一）砷化镓太阳能电池整体情况 (6) 1．空间用砷化镓太阳能电池 (6) 2．地面聚光砷化镓太阳能电池 (7) 3．国际砷化镓太阳能电池的市场状况 (8) 4．国内砷化镓太阳能电池的市场状况 (8) （二）国内砷化镓太阳能电池市场的发展趋势 (9) 1．空间用砷化镓太阳能电池市场稳定且潜力巨大 (9) 2．地面聚光砷化镓太阳能电池目前处于市场导入期，未来可能快速增 长 (9) 三、进入砷化镓太阳能电池领域的主要壁垒 (10) （一）技术壁垒 (10) （二）资本壁垒 (10) （三）客户资源壁垒 (10) 四、砷化镓电池产业发展遇到的问题 (11) 五、砷化镓太阳能电池利润水平的影响因素与变化趋势 (12) 六、砷化镓太阳能电池技术发展趋势 (13) （一）空间用砷化镓太阳能电池技术发展趋势 (13) （二）地面聚光砷化镓太阳能电池技术发展趋势 (13) 七、影响行业的季节性与周期性 (14)
一、太阳能电池行业的基本情况与发展趋势 （一）太阳能电池简介 太阳能电池是利用光伏效应将太阳能通过半导体物质转变为直流电能的一 种器件。目前，已商业化的太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池（单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池）、薄膜太阳能电池和半导体化合物太阳能电池（以砷化镓太阳能电池为主）三大类。 晶体硅太阳能电池目前占据绝大部分太阳能电池市场份额，广泛应用于发电；薄膜太阳能电池近年来因技术的迅速发展，具备了相对于晶体硅太阳能电池的成本优势；相比于晶体硅和薄膜太阳能电池产品，砷化镓太阳能电池是新能源、新材料的典型代表之一，在太阳能电池产品中光电转换效率最高、科技含量最高、技术难度最高，产品问世初期主要应用于空间飞行器电源和其他高端用途，近年来随着聚光技术和跟踪技术的发展，产品应用范围逐步扩展，砷化镓聚光电池应用于地面发电系统的比较经济优势已开始显现。 光电转换效率是衡量太阳能电池技术水平最重要的指标，不同种类太阳能电池最高光电转换效率情况如下表： 不同种类太阳能电池光电转换效率比较表 （二）太阳能电池产业链 完整的太阳能电池产业链一般包括电池原材料、太阳能电池外延片、太阳能电池芯片、太阳能电池组件和太阳能电站5 个主要环节，如图所示：
高倍聚光光伏(HCPV)电池作为第三代太阳能发电技术正逐渐成 为太阳能领域的新焦点 经过30多年的发展，高倍聚光光伏(HCPV)电池作为第三代太阳能发电技术正逐渐成为太阳能领域的新焦点，引起了行业内企业的追逐。在日光照射较好的几个欧美国家，已通过了优惠的上网电价法，随着具有40%转换效率的Ⅲ-V 族半导体多结太阳能电池的普及和成本下降，高倍聚光光伏电池市场进入快速增长期。与前两代电池相比，HCPV采用多结的砷化镓电池，具有宽光谱吸收、高转换效率、良好的温度特性、低耗能的制造过程等优点，使它能在高倍聚焦的高温环境下仍保持较高的光电转换效率。高倍聚光光伏系统技术门槛较高且行业跨度大，涵盖半导体材料及工艺制造、半导体封装、光学设计制造、自动化控制、机械设计制造、金属加工等领域。HCPV行业的产品包括了多结电池片外延材料、光电转换芯片、光接收器组件、聚光器、光伏模组、双轴跟踪器等。 电池芯片采用多结技术大幅提高光电转换效率 与硅基材料相比，基于III-V族半导体多结太阳能电池具有最高的光电转换效率，大致要比硅太阳能电池高50%左右。III-V族半导体具有比硅高得多的耐高温特性，在高照度下仍具有高的光电转换效率，因此可以采用高倍聚光技术，这意味着产生同样多的电能只需要很少的太阳电池芯片。多结技术一个独特的方面就是材料——可选择不同的材料进行组合使它们的吸收光谱和太阳光光谱接 近一致，相对晶硅，这是巨大的优势。后者的转换效率已近极限(25%)，而多结器件理论上的转换效率可达68%。目前最多使用的是由锗、砷化镓、镓铟磷3种不同的半导体材料形成3个p-n结，在这种多结太阳能电池中，不但这3种材料的晶格常数基本匹配，而且每一种半导体材料具有不同的禁带宽度，分别吸收不同波段的太阳光光谱，从而可以对太阳光进行全谱线吸收。 HCPV芯片的生产过程如下，首先利用MOCVD技术在4英寸锗衬底上外延砷化镓和铟镓磷形成3结电池片的材料，然后在外延片上利用光刻、PECVD、蒸镀等技术，制备减反膜以及主要成份为银的金属电极，再经划片清洗等工艺，生产出HCPV芯片。HCPV芯片的主要生产商有美国的Spectrolab、Emcore，德国的Azurspace，加拿大Cyrium，中国台湾Arima、Epistar等。衬底剥离的芯片和量子点技术是目前HCPV芯片领域的新热点。 接收器要安全可靠稳定地应用于系统 聚光太阳能电池芯片被封装到光接收器中，接收器封装对太阳能电池进行保护，对会聚光均匀化，同时起到散热的作用。接收器组件还包括旁路二极管和引线端子。芯片的主要焊接工艺有回流焊和共晶焊，二者最主要的区别在于前者使用助焊剂焊接，在焊接后需要清洗去除残留助焊剂，而共晶焊使用无助焊剂的焊片焊接。为了将电从芯片导出，需要进行金带键合将芯片和外围电路连接起来。接收器组件的检验指标主要包括空洞率和电性能测试，空洞率是检验焊接良好与否的标准。电性能方面，5.5mm×5.5mm接收器组件在500倍太阳光下的光电 转换率高达38.5%以上。在实际使用中，还需要将接收器组件与二次光学器件、散热器封装在一起，组成完整的接收器。二次光学器件可以降低对跟踪器高精准度的要求，并使通过涅尔透镜聚焦后的光斑更加均匀地照射到电池芯片上。 二次光学元件通常是光学玻璃棱镜或中空的倒金字塔金属反射器。为了最大限度地利用太阳能资源，节省芯片材料以降低成本，可以提高电池的聚光倍数，