高效Ⅲ-Ⅴ族太阳电池材料
III-V族化合物半导体太阳能电池_2023年学习资料
從能隙大小來看，磷化銦-InP、砷化镓GaAs、以-及碲化鎘CdTe等半導體材料，是極適合於製作高-效率的 陽能電池·-■能带間隙小於1.4~1.5電子伏特的半導體材料，其光波-的波長分布於紅外光的光譜區域，適合於 外光的光-波吸收。-■倘若將不同能隙的半導體材料，進行不同薄膜層的堆-叠，可以使其波長感度變得較大的區域分 ，因而可-以吸收不同波長的光譜，進而提升光電轉换效率。
大部分III-V族化合物半導體，是直接能隙半-導體，其能量與動量的轉移過程僅需要光子的-釋出-■-在間接能 半導體方面，其能量與動量的轉移-過程不僅僅是光子的釋出，而且其晶體的晶格-熱振動將產生動量的變化，進而衍生 聲子的-遷移效應
電子能量-電洞-hc-Eg能隙能量-動量-a
砷化镓太陽能電池基本特性-1.-高的光電能量轉换效率。-2.-適合於大面積薄膜化製程·-3.-高的抗輻射線 能·-4.-可耐高溫的操作。-5.-低成本而高效率化的生產製程。-6.-適用於太空衛星系統·-7.-可設計 特殊性光波長吸收的太陽能電池。-8.-極適合於聚光型或集光型太陽能電池應用。-9.-具有正負電極導電支架而 於插件安排。
III-V族化合物半導體太陽能電池
III-V族化合物半導體，是發光二極體元件製-作的主要材料，亦是太陽能電池元件的主要材-料之一，其中又以砷 镓為代表性材料。-■太陽能電池的基本原理是「光電效應Opto-Electro Effect」o-太陽能電池 件是二極體元件中的一種，它不-能發光而能夠發電，故又稱為「光伏特二極體-元件Photovoltaic Di de;PVD」或「光伏-特電池Photovoltaic Cell;PWC」。
砷化镓鋁/砷化镓AlGaAs/GaAs-20-矽Si-10-照度：135mW1cm2-100--50-15 -200-250-集光型太陽能電池的光電轉换效率-及其電池操作溫度的關係圖
Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的研究和应用
Ｏ ９ ３年 ， ｏ ｅ 等人 提 出在 Ｈｖｌ （ ） 度 就 能 充 分 吸 收 太 阳 光 ， 外 ， ａ ｓ ｌＰ等 材 料 还 具 效率 长 时 间未 能超 过 １ ％。直 到 １ ７ ｕｍ 的厚 此 Ｇ Ａ 、ｎ
ａ ｓ表 面 生 长 一 薄层 ＡＩ ａ — Ａ ｘ ｌ ｘ ｓ窗 口层 后 ，这 一 困 难 才 得 以 Ｇ 有 良好 的抗 辐 射 性 能 和 较 小 的温 度 系数 ，因 而 Ｇ Ａ ａ ｓ基 系 材 料 特 Ｇ Ａ 。 ＝ ＡＩ １ ｘ ｓ Ｇ Ｅ 一２１ 对 ｅ 别 适合 于 制 备 高效 率 、 间 用 太 阳 电池 。 Ｇ Ａ 空 ａ ｓ太 阳 电池 ， 无论 是 克服 当 ｘ ０８时 ， ｘ ａ 一 Ａ 是 间接 带 隙材 料 ，ｇ ． Ｖ， ｘ ｌ ｘ ｓ层 进 入 到 Ｇ Ａ Ｇ ａ ｓ层 单 结 电池 还 是 多结 叠 层 电池 所 获 得 的转 换 效 率 都 是 所 有 种 类 太 光 的 吸 收 很 弱 ，大 部 分 光将 透过 ＡＩ ａ — Ａ
ＡＩ ｌ ｘ ｓ层 起 到 了窗 口层 的作 用 。 Ｇ 由于 ＡＩ ａ — Ａ ／ ａ ｓ ｘ ｌ ｘ ｓＧ Ａ Ｇ 阳 电池 中最 高 的 。 据 最 新 报道 ， 国 Ｓ ｅ ｔ ｌ 美 ｐ ｃｒ ａ ｏ ｂ公 司 （ 谱 实 验 中 ， ｘ ａ — Ａ 光
界面 态 的 密度 低 ， 光 生载 流 子 的复 合 较 少 。采 对 室） 已研 制 出效 率高达 ４ ７ ０ ％的三结 聚光Ｇ ｉＰＧ ｌＡ ／ ｅ叠层 太 界面 晶格 失配 小 ， ａｎ ／ ａｎ ｓＧ
Ｅ－ ｍａｉ ｘａ ｈｘ ｉｎｇ＠ ｒ ｄ．ｅ ｉ ．ｒ ｅ ｓ ｍ ｃｌ ａｃ
慢。 因而 Ｇ Ａ ａ ｓ太 阳电 池 ， 特别 是 Ｇａｎ ／ ｌＡ ／ ｌＰ Ｇａｎ ｓ Ｇｅ三 结叠 层太 阳 电池在 空 间能源 领域 获得 了越 来越 广 泛的应 用 。 近年 来 。 光 川一 聚 Ｖ族 太 阳电池 的研 究进展 迅 速。 为其地 面应 用打 下 了基 础 。
太阳能电池的主要材料
太阳能电池的主要材料
太阳能电池是一种能够将太阳光能转化为电能的装置，它是目前最为环保和可再生的能源之一。
太阳能电池的主要材料包括硅、铟镓镓、硒化镉等，这些材料在太阳能电池的制造过程中起着至关重要的作用。
首先，硅是目前最为常用的太阳能电池材料之一。
硅是一种非金属元素，它具有良好的半导体性能，能够在光照下产生电子-空穴对，并将其转化为电能。
硅材料可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型，它们在太阳能电池中的应用各有不同，但都具有较高的光电转换效率和稳定性。
其次，铟镓镓是另一种常用的太阳能电池材料。
铟镓镓薄膜太阳能电池是一种新型的薄膜太阳能电池，其材料由铟、镓、硒和硫等元素组成。
铟镓镓薄膜太阳能电池具有较高的光电转换效率和较低的成本，因此备受关注。
此外，硒化镉也是一种常用的太阳能电池材料。
硒化镉太阳能电池是一种薄膜太阳能电池，其材料由硒和镉等元素组成。
硒化镉太阳能电池具有较高的光电转换效率和较低的成本，适用于大面积的太阳能电池板生产。
总的来说，太阳能电池的主要材料包括硅、铟镓镓、硒化镉等，它们在太阳能电池的制造过程中发挥着至关重要的作用。
随着科技的不断进步，太阳能电池的材料和性能也在不断提升，相信在未来，太阳能电池将会成为主流的清洁能源之一。
太阳能电池材料
太阳能电池材料
太阳能电池材料是太阳能发电系统的重要组成部分，它将太阳辐射转化为电能。
太阳能电池材料主要有硅片、硅胶、卤素、锗等，它们具有不同的特性和功能，根据应用场景选择不同的材料，才能使太阳能发电系统工作得更加稳定、可靠。
1. 硅片：硅片是太阳能电池材料中最常用的一种，它由精密的单晶硅制成，具有耐高温、耐腐蚀的特性，具有很强的光伏效应，能将太阳辐射转化为电能。
2. 硅胶：硅胶是一种特殊的硅片，由硅粉经过特殊的加工制成，具有高的光伏效率、良好的热稳定性，能够有效地将太阳辐射转化为电能。
3. 卤素：卤素是一种晶体结构，具有抗氧化性、耐高温、耐腐蚀的特性，能够有效地将太阳辐射转化为电能。
4. 锗：锗是一种半导体材料，具有高的光伏效率、良好的热稳定性，能够有效地将太阳辐射转化为电能。
第4章 Ⅲ-V族化合物太阳电池
Ⅲ-V族或Ⅱ-Ⅵ族的化合物太阳电池。
除了硅可以用在太阳电池以外，也可使用Ⅲ-V族或 Ⅱ-Ⅵ族的化合物太阳电池。 所谓的Ⅲ-V族化合物是指由周期表的Ⅲ族元素（例如 Ga、In等）与V族元素（例如P、As等）所形成的半 导体材料，例如砷化镓（GaAs）或磷化铟（InP）等， 使用这类Ⅲ-V族化合物太阳电池的最主要的优点是， 它可以达到超过30%以上的转换效率，特别适用在太 空卫星的能源系统上。 这是因为Ⅲ-V族是具有直接能隙的半导体材料，仅仅 2um厚的材料，就可以在AM1的辐射条件下吸光97% 左右。
MOCVD设备的示意图
与LPE相比较，MOCVD的设备成本比较昂贵， 且技术较复杂，但它可以生长出多层很薄的均 匀异质外延层，增大了电池设计的灵活性，因 此有潜力获得更高的太阳能电池转换效率。
4.3.4 分子束外延法（MBE）
分子束外延技术，是在超高真空状态下（～ 10-10torr），让热原子或热分子束自原料中 分离出来，然后在基板表面进行反应，而沉积 产生外延薄膜的一种技术。 由于使用高真空及十分洁净的设备，因此可以 用来产生高纯度的外延层。
Ⅲ-V族化合物与硅比较具有的特性
高能量转换效率
由于太阳电池的理论转换效率，与半导体的能 隙大小有关，一般最佳的太阳电池测量的能隙 为1.4～1.5eV之间，所以能隙为1.43eV的 GaAs及1.35eV的InP会比1.1eV的硅更适合用 在高效率的太阳电池上， 利用各种Ⅲ-V族化合物所形成的多接面太阳电 池可增加被吸收波长的范围，更可达到高效率 化的目的。
耐放射性佳，因此这样的太阳电池更适合太空 用途。
更适合聚光技术
半导体原材料
半导体原材料
半导体原材料是制造半导体器件的基础材料，其质量和性能直接影响着半导体器件的品质和性能。
半导体原材料主要包括硅材料、氮化镓、氮化铝、碳化硅等，下面就这些材料进行简要介绍。
首先，硅材料是半导体工业的主要原材料之一，其主要用途是制造各种类型的晶体管、集成电路和太阳能电池等。
硅材料具有优良的半导体性能和良好的机械性能，是目前半导体工业中最广泛应用的原材料之一。
其次，氮化镓是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，具有较高的电子迁移率和较大的击穿电压，适用于制造高频功率器件、光电器件和蓝光LED等。
氮化镓材料的开发和应用对于提高半导体器件的性能和降低功耗具有重要意义。
再次，氮化铝是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，具有优良的热稳定性和耐腐蚀性，适用于制造高温、高频和高功率的电子器件。
氮化铝材料的研发和应用对于提高半导体器件的工作温度和可靠性具有重要意义。
最后，碳化硅是一种新型的半导体材料，具有较高的电子迁移率和较大的击穿电压，适用于制造高频功率器件、光电器件和高温电子器件。
碳化硅材料的开发和应用对于提高半导体器件的工作频率和工作温度具有重要意义。
总的来说，半导体原材料是半导体工业的基础和关键，其质量和性能直接影响着半导体器件的品质和性能。
随着半导体工业的不断发展，对于半导体原材料的要求也越来越高，需要不断开发新的材料和提高现有材料的质量和性能，以满足不断变化的市场需求。
希望通过对半导体原材料的研究和应用，能够推动半导体工业的发展，为人类社会的科技进步做出更大的贡献。
《太阳能光伏电池》考试复习资料4
简述非晶硅薄膜太阳电池为什么用p-i-n结构？由于非晶硅材料具有独特的性质，所以其太阳电池结构不同于晶体硅中的简单的p-n结结构，而是p-i-n结构。
这是因为非晶硅材料属于短程有序、长程无序的晶体结构，对载流子有很强的散射作用，导致载流子的扩散长度很短，使得光生载流子在太阳电池中只有漂移运动而无扩散运动。
因此，单纯的非晶硅p-n结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈电阻特性，而无整流特性，也就不能制作太阳电池。
为此，要在p层与n层之间加入较厚的本征层i，以扼制其隧道电流，所以，为了解决光生载流子由于扩散限制而很快复合（即隧道电流）的问题，非晶体硅薄膜太阳电池一般被设计成pin结构，其中p为入射光层，i为本征吸收层，n为基层地。
简述表面钝化常用的方法有哪些？表面氧钝化和氢钝化，表面钝化工艺有：掺氯氧化法、磷硅玻璃钝化法、氮化硅钝化法、三氧化二铝钝化法、半绝缘多晶硅钝化法、低压化学气相淀积钝化法、金属氧化物钝化法、有机聚合物钝化法、玻璃钝化法等数十种钝化方法。
Pin电池片和nip电池片由于其制膜顺序完全相反，各有自己的特点：①从大的不同点说起话，顺序为pin电池片的透明电极在nip电池片里是背面电极，在接近表面的一侧。
在基片上形成的透明电极是氧化物，在形成微晶电池片时，有被氢原子还原的担心，pin型电池片的最佳吸收宽度会变窄。
nip型在金属基片或绝缘基片上形成金属薄膜，可形成微晶硅，由于不受氢还原的影响，在高温下也可形成膜，可以扩大最佳吸收宽度。
②从集成结构的观点来看，pin用的是与非晶相类似的集成化技术，有可能形成超级线性集成结构，nip电池片要和非晶硅电池片一样形成超级线性结构，在同一基片上叠层时，要用与Cu（In，Ga）Se2太阳能电池同样的方法集成。
简述CIS和CIGS系太阳能电池的新进展表现在哪些地方。
(P119)1）Cd自由缓冲层。
关于不用Cd的缓冲层的开发研究，目前是相当活跃的。
使用CIGS系太阳能电池时，Cd的的绝对量是非常少的，是住宅应用时几乎不产生问题的用量，但对于环保的太阳能电池,还是应该考虑尽量避免使用。
砷化镓材料物理特性及应用
砷化镓物理特性及应用院系：可再生能源学院专业：新能源材料与器件班级：能材1201班**: ***学号：**********2015年1月摘要：文章从砷化镓材料的结构，物理特性以及应用方面，对砷化镓材料进行了简单的介绍和了解。
Ⅲ-Ⅴ族半导体砷化镓具有禁带宽度大且为直接带隙、本征载流子浓度低，而且具有半绝缘性能，其具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性，制造的器件也具有特殊用途和多样性,应用已经延伸到硅、锗器件所不能达到的领域，是用途广泛，非常重要的一种半导体材料。
关键词：砷化镓直接带隙结构Ⅲ-Ⅴ族半导体半绝缘砷化镓一．引言化合物半导体材料砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）是微电子和光电子的基础材料，而砷化镓则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。
由于砷化镓具有电子迁移率高（是硅的5~6倍）、禁带宽度大（它为1.43eV，Si为1.1eV）且为直接带隙，容易制成半绝缘材料（电阻率107~109Ωcm）、本征载流子浓度低、光电特性好。
用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能满足集成光电子的需要。
它是目前最重要的光电子材料，也是继硅材料之后最重要的微电子材料，它适合于制造高频、高速的器件和电路。
此外, GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。
所以,用该材料制造的器件也具有特殊用途和多样性,其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。
即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下, GaAs材料器件的销售市场仍然看好[1]。
当然, GaAs材料也存在一些不利因素,如:材料熔点蒸气压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵等,这都大大影响了其应用程度。
然而, GaAs材料所具有的独特性能及其在军事、民用和产业等领域的广泛用途,都极大地引起各国的高度重视,并投入大量资金进行开发和研究。
二．材料的结构2.1砷化镓的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。
- 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)。
高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池材料
1
主要内容
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
§5.3 GaInP、InP、GaAs和Ge太阳电池
§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
2
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
3
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
4
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
5
6
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
7
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
8
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
9
10
11
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性 在太阳电池用途上， Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅相比，具 有以下特点：
12
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
×
13
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
14
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
15
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
65
Thanks
66
16
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
17
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
18
19
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
20
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
21
22
23
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
24
25
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
26
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
27
（液相磊晶法LPE）
28
（液相磊晶法LPE）
29
（液相磊晶法LPE）
30
（液相磊晶法LPE）
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
§5.3 GaInP、InP、GaAs和Ge太阳电池
44
单结太阳电池
45
单结太阳电池
46
多结太阳电池
47
48
49
50
51
home–made close-spaced sublimation apparatus
52
53
54
55
56
57
58
59
60
§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
61
§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
62
63
64
思考题
• 简答怎样设计出高效的单结太阳电池？
• 简述设计高效的多结太阳电池应考虑哪些 因素？ • 简述利用LPE技术制备GaAs时的原理、优 缺点。 • MOCVD制备技术的优缺点