锗在空间太阳能电池中的应用
锗的用途及应用领域研究
锗的用途及应用领域研究锗是一种化学元素，其化学符号为Ge，原子序数为32。
锗是一种灰白色、带有金属光泽的半金属，其物理性质与硅相似。
锗存在于地壳中，以氧化锗的形式存在于大部分煤矿和锌矿中。
锗在工业和科学领域具有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的锗的用途及应用领域研究。
1. 半导体材料：由于锗具有良好的电学性能，可以用于制造半导体器件，如二极管、三极管、小信号放大器等。
锗晶体管是早期计算机和通信设备中的重要元件。
2. 红外光电子器件：锗是一种重要的红外光电子材料。
锗在红外线波段的透明度较高，能够产生和检测红外光。
因此，锗广泛应用于红外线传感器、红外焦平面阵列相机等领域。
3. 光纤通信：锗具有较好的光学性能，可用于制造红外光纤。
红外光纤在通信领域中具有重要的应用，能够传输更高的数据量和信号质量，提高通信速度和稳定性。
4. 光电子器件：锗是一种优越的光电转换材料。
它可以将光能转化为电能，实现光电转换。
锗光电子器件被广泛应用于太阳能电池、光电耦合器件、光电传感器等领域。
5. 摄影和光学仪器：锗透明度较高，对热辐射敏感，可以用于制造红外摄影镜头、红外窗口等光学元件。
锗的高熔点和抗腐蚀性也使其适用于高温、恶劣环境下的光学仪器。
除了以上应用外，锗还在其他领域进行研究和应用。
1. 生物医学：锗化合物被研究应用于抗肿瘤治疗和癌症的放射治疗。
研究表明，锗化合物具有抑制肿瘤生长和促进肿瘤细胞凋亡的作用。
2. 新能源：锗可以用于制造太阳能电池和热电材料。
太阳能电池利用光能转化为电能，热电材料可以将热能转化为电能，实现能源的可持续利用。
总之，锗具有广泛的应用领域，包括电子器件、红外光电子器件、光纤通信、光电传感器等。
锗的特殊性能使其在科学研究和工业生产中具有重要价值。
未来随着科学技术的发展和对新材料需求的增加，锗在更多领域可能会有更多的应用和研究。
锗太阳能电池
锗太阳能电池
锗太阳能电池是一种利用锗材料制成的太阳能电池。
锗是一种化学元素，具有多种特性，包括在太阳能领域的应用。
在太阳能电池中，锗可以作为衬底材料，用于制造砷化镓太阳能电池。
砷化镓太阳能电池是第三代太阳能电池的代表，具有高效率、高电压、耐温性好等优点。
其中，锗衬底砷化镓太阳能模组的全球转换效率最高，可达40%以上。
然而，锗太阳能电池的民用推广难度在于锗成本高以及大规模使用后砷的无害化处理。
因此，太阳能锗晶片增量主要在空间太阳能领域。
在空间光伏领域，锗晶片的不可替代性决定了未来空间领域太阳能电池锗晶片的100%渗透率。
光明与黑暗锗元素的光电特性
光明与黑暗锗元素的光电特性光明与黑暗：锗元素的光电特性锗（Germanium）是一种常见的半导体材料，具有较高的导电性和光电特性，被广泛应用于电子工业和光学领域。
本文将探讨锗元素在光明和黑暗中展现的光电特性，以及其在不同应用领域的潜力。
1. 光明中的锗元素在光明的环境中，锗元素常常表现出优异的光电特性。
首先，锗具有较高的折射率，使其成为制作光学透镜和光学器件的理想材料。
其次，锗元素的带隙能量相对较小，可使其在可见光范围内吸收和发射光线，因此被广泛应用于光电探测器和光通信器件中。
锗元素制备的光电探测器具有高灵敏度和快速响应的特点。
其主要原理是在锗晶体中引入掺杂杂质，使其具有n型或p型的电子特性。
当光线照射在掺杂锗晶体上时，光子会激发电子跃迁，产生电子-空穴对。
通过外加电压的作用，这些电子-空穴对将被分离并产生电流。
因此，锗元素的光电探测器可以用于光信号的检测和测量。
另一方面，锗元素还在光通信领域发挥着重要作用。
由于其在通信波长范围内的较高吸收系数，锗可被用作光放大器和光调制器的材料。
光放大器可以通过在锗材料中注入电流或光信号来实现光信号的放大。
光调制器则利用锗元素的快速光电响应特性，通过改变电场或注入电流来调制光信号的强度或频率。
2. 黑暗中的锗元素在黑暗的环境中，锗元素虽然无法直接感受光线，但其特殊的电学特性使其在红外、夜视和辐射检测等领域具有重要应用。
锗元素的宽带隙结构使其能够在较低的温度下工作，对于红外探测器来说是一项重要的优势。
锗红外探测器利用其半导体材料的能带结构和热电效应来感知红外辐射。
当锗晶体受到红外辐射时，它会发生能带结构的变化，导致电荷分离和电流的产生。
利用这种效应，红外探测器可以将红外辐射转化为电信号，并实现红外图像的捕捉和检测。
在夜视技术方面，锗元素的红外探测器也发挥着重要的作用。
通过捕捉和处理红外辐射，夜视设备可以在低亮度或完全黑暗的环境中实现可视化。
锗元素的高灵敏度和快速响应性使其成为夜视器件中的理想选择。
锗在太阳能电池中的应用
锗在太阳能电池中的应用
向兴宇
【期刊名称】《现代工业经济和信息化》
【年(卷),期】2023(13)1
【摘要】近些年来,锗因为其优异的性能,成为当今十分重要的战略性材料,被广泛应用于各个层面。
能源问题是当今热点,随着太阳能的被各个国家高度重视,加上传统硅太阳能电池在对太阳能的转换效率等方面存在一些问题,锗在其中的应用受到越来越多的关注。
主要介绍了锗在太阳能电池中的主要应用,简单分析了目前所存在的不足,在此基础上提出了一些改进手段。
【总页数】3页(P170-172)
【作者】向兴宇
【作者单位】苏州大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.4
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金属锗用途
金属锗用途金属锗是一种重要的功能材料，在许多领域都具有广泛的应用。
本文将从电子行业、光电子行业、太阳能行业和化工行业四个方面介绍金属锗的用途。
一、电子行业金属锗是电子行业中重要的半导体材料之一。
由于其具有优异的半导体特性，金属锗常被用于制造二极管、晶体管、光电二极管等电子元器件。
其中，金属锗二极管具有低压降、高稳定性和高频率响应等特点，广泛应用于通信设备、电子仪器等领域。
金属锗晶体管具有高电流增益、高工作频率和低噪声等特性，常用于放大器、混频器等电子器件的制造。
二、光电子行业金属锗在光电子行业中也有重要的应用。
金属锗具有较高的折射率和较低的吸收系数，可用于制造红外光学元件。
金属锗的红外透明窗口广泛应用于红外摄像、红外测温、红外通信等领域。
此外，金属锗还可用于制造红外探测器、红外激光器等光电子器件，具有较高的灵敏度和较短的响应时间。
三、太阳能行业金属锗在太阳能行业中也有重要的应用。
金属锗可以制备成高效的太阳能电池材料，其光电转换效率高，耐腐蚀性好，稳定性高。
金属锗太阳能电池具有高转换效率和长寿命的优点，可广泛应用于太阳能发电系统、太阳能充电器等领域。
四、化工行业金属锗在化工行业中也有一定的应用。
金属锗可用于制造特种玻璃、光纤等材料。
金属锗的高折射率和低散射损耗使其成为制备高纯度光纤的理想材料。
此外，金属锗还可用于制造金属合金、涂层材料等，具有较好的导电性和耐腐蚀性。
金属锗在电子行业、光电子行业、太阳能行业和化工行业等领域都具有重要的用途。
随着科技的不断进步，金属锗的应用领域还将不断扩大，为人们的生活和工作带来更多便利和福利。
锗的工业用途
锗的工业用途锗是一种重要的工业材料，具有广泛的应用。
本文将介绍锗的工业用途，并分析其在不同领域的作用。
锗在半导体行业中扮演着重要角色。
由于锗具有优异的半导体特性，可以用于制造高质量的半导体器件。
锗晶体可以用来制造锗基太阳能电池，其效率高于传统硅基太阳能电池。
此外，锗还用于制造光电子器件、红外探测器以及高速电子器件等，广泛应用于通信、计算机和光学等领域。
锗在光学领域也有重要用途。
锗具有较高的折射率和透过率，特别适用于制造红外透镜和红外光学系统。
锗透镜可以用于红外摄像头、红外测温仪等设备中，具有优异的红外透过性能。
此外，锗还可以用于制造红外窗口、红外滤光片等光学元件，广泛应用于军事、航天和安防等领域。
锗在化工行业中也有广泛的应用。
锗化合物可以用作催化剂，在化学反应中发挥重要作用。
例如，四氯化锗可以用于催化有机合成反应，提高反应效率和选择性。
锗化合物还可以用于金属表面处理、电镀和电解等工艺中，起到防腐和增强性能的作用。
锗还可以用于核工业中的应用。
由于锗的高密度和较低的截面积，它可以用作中子反应堆的控制材料。
锗的高吸收截面和较低的中子活化截面使其成为理想的材料。
此外，锗还可以用于核燃料元件的包覆材料，提高燃料的稳定性和安全性。
锗还可以用于制备合金材料。
锗可以与其他金属形成合金，提高合金的硬度、强度和耐腐蚀性。
例如，锗可以与铝形成锗铝合金，具有较高的强度和良好的耐腐蚀性，广泛应用于航空航天和汽车制造等领域。
锗具有广泛的工业用途。
它在半导体、光学、化工、核工业和合金制备等领域都发挥着重要作用。
随着科技的不断发展，锗的应用前景将会更加广阔。
我们相信，在未来的发展中，锗将继续发挥其独特的性能和优势，为工业进步做出更大的贡献。
锗元素用途
锗元素用途锗是一种重要的无机元素，其化学符号为Ge，原子序数为32、它是一种半金属元素，在自然界中主要以硫化锗的形式存在，可以通过冶炼和纯化得到高纯度的锗。
锗具有许多重要的用途，包括电子、光学、太阳能等领域。
首先，锗在电子领域有着重要的应用。
由于锗具有良好的半导体特性，它被广泛用于制造半导体器件，如二极管、晶体管和集成电路等。
锗材料具有低的禁带宽度，可以在较低的电压下工作，因此被用于制造较低功耗的电子设备。
此外，锗还可以用于制造激光器、光电器件和红外探测器等。
其次，锗在光学领域也有重要的应用。
锗具有良好的光学性质，特别是在红外光谱范围内具有高透过率。
这使得锗成为制造红外光学器件的重要材料，如红外透镜、红外窗口和红外滤光片等。
锗还可以用于制造红外激光器和红外光纤等。
另外，锗在太阳能领域也有广泛的应用。
锗可以用于制造太阳能电池，其中锗被用作光催化层材料，可以增强太阳能电池的吸收能力和转化效率。
锗太阳能电池具有高效、稳定和可靠的特性，适用于各种环境条件下的太阳能利用。
此外，锗还被用于制造其他各种器件和材料。
例如，锗可以用作核反应堆中的中子辐射探测器材料，以监测和测量中子的强度和能量。
锗还可以用于制造特种玻璃，如红外传感器窗口和红外光纤窗口等。
此外，锗还可以用作化学催化剂和金属膜的添加剂。
总结起来，锗是一种用途广泛的无机元素。
它在电子、光学、太阳能等领域都有重要的应用。
锗材料具有优异的半导体和光学性质，可以用于制造各种电子器件、光学器件和太阳能电池。
锗的应用有助于推动电子和能源科技的发展，并为人们的生活带来更多的便利和创新。
锗基太阳能电池
锗基太阳能电池锗基太阳能电池是一种新型的光电转换器件，其具有独特的结构和优异的性能，被广泛应用于太阳能领域。
本文将从锗基太阳能电池的原理、制备方法、性能特点和应用前景等方面进行介绍。
一、锗基太阳能电池的原理锗基太阳能电池是一种基于锗材料的光电转换器件。
它利用光电效应将光能转化为电能。
当太阳光照射到锗基太阳能电池的表面时，光子会激发锗材料中的电子，使其跃迁到导带中，形成电子空穴对。
这些电子空穴对在电场的作用下会产生电流，从而实现光能的转化。
一种常见的制备锗基太阳能电池的方法是化学气相沉积（CVD）法。
该方法通过在基底上沉积一层锗材料，并在锗材料上蒸发金属电极，形成锗基太阳能电池的结构。
另外，还可以采用分子束外延（MBE）法、金属有机化学气相沉积（MOCVD）法等方法来制备锗基太阳能电池。
三、锗基太阳能电池的性能特点1. 高效率：相比传统的硅基太阳能电池，锗基太阳能电池具有更高的光电转换效率。
这是因为锗材料的能带结构具有优异的特点，能够更高效地吸收太阳光的能量。
2. 宽光谱响应：锗基太阳能电池的光谱响应范围广，可以吸收可见光和近红外光等多种波长范围内的光能，提高光电转换效率。
3. 高稳定性：锗基太阳能电池具有较好的热稳定性和光稳定性，能够在高温和强光照射条件下保持稳定的性能。
4. 薄膜制备：相比硅基太阳能电池的晶体生长，锗基太阳能电池可以采用薄膜制备技术，制备工艺更简单，成本更低。
四、锗基太阳能电池的应用前景锗基太阳能电池具有广阔的应用前景。
首先，在太阳能领域，锗基太阳能电池可以用于家庭光伏发电系统、工业光伏电站等应用，实现太阳能的高效利用。
其次，在光电子器件领域，锗基太阳能电池可以用于光电探测器、光通信器件等设备中，提高器件的性能和稳定性。
此外，锗基太阳能电池还可以应用于军事、航天等领域，满足对高性能、高稳定性的能源需求。
锗基太阳能电池作为一种新型的光电转换器件，具有高效率、宽光谱响应、高稳定性等优点，具备广泛的应用前景。
锗 镓用途
锗镓用途锗和镓是两种重要的半导体材料，它们在电子学和光电子学领域具有广泛的应用。
本文将介绍锗和镓的一些主要用途。
锗是一种常见的半导体材料，具有良好的电学性能和热学性能。
由于锗的禁带宽度较窄，约为0.67电子伏特，可以在室温下直接使用。
因此，锗广泛应用于光电子器件中，如光电二极管、太阳能电池等。
锗光电二极管具有高灵敏度、高速度和稳定性的特点，被广泛应用于通信领域，例如光纤通信和激光雷达系统中的接收器。
此外，锗太阳能电池具有高光电转换效率和较低的制造成本，是一种有效的太阳能转换器件。
镓是一种重要的半导体材料，具有较大的禁带宽度，约为1.42电子伏特。
镓具有较高的电子迁移率和较低的电子亲和能，因此在集成电路中广泛应用。
镓集成电路可以实现高速、高效的信号处理和计算功能。
镓基集成电路可用于各种电子设备，如计算机、手机、平板电脑等。
此外，镓还可以用于高频电子器件，如微波管、功率放大器等。
镓微波器件具有高频率、大功率和低噪声的特点，被广泛应用于通信、雷达和卫星通信等领域。
除了在电子学领域，锗和镓还具有其他重要的应用。
例如，由于锗具有较高的折射率和较低的吸收系数，可以用于红外光学器件。
锗红外光学器件具有广泛的应用，如红外摄像机、红外激光器和红外测温仪等。
而镓则可以用于制备光纤光栅，光纤光栅是一种重要的光纤传感器，可以用于测量温度、应变和压力等物理量。
锗和镓还可以用于核工业。
锗可以用于制备核反应堆的燃料棒，并且在核燃料循环中起到重要的作用。
镓则可以用于制备核反应堆的控制棒，以控制核反应堆的反应速率。
锗和镓在核工业中的应用具有重要的意义，可以保证核能的安全和可持续发展。
锗和镓是两种重要的半导体材料，具有广泛的应用。
锗在光电子学领域具有重要的作用，可以用于光电二极管和太阳能电池等器件。
镓在集成电路和高频电子器件中具有重要的应用，可以实现高速、高效的信号处理和计算功能。
此外，锗和镓还可以用于红外光学器件、光纤光栅和核工业等领域。
低轨卫星 太阳能锗电池
低轨卫星太阳能锗电池低轨卫星使用太阳能锗电池进行能源供应，这是一项创新而引人注目的技术。
本文将一步一步回答与此相关的问题，旨在探讨低轨卫星的使用、太阳能锗电池的原理和应用前景。
第一部分：低轨卫星简介低轨卫星是指位于地球低轨道上的人造卫星。
相对于高轨道上的卫星来说，低轨卫星有着更短的运行周期和更低的运行高度。
低轨卫星的运行高度通常在200到2000公里之间，这使得其具备了许多优势，比如更快的通信速度、更低的延迟和更低的造价。
第二部分：太阳能锗电池原理太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，其通过光电效应实现能量转换。
在太阳能电池中，光线通过PN结使得光子释放出电子，并通过电场加速电子的运动形成电流。
而锗（Ge）材料是太阳能电池的一种主要材料。
具体而言，太阳能锗电池使用锗半导体材料制作PN结，使其对光有很强的敏感性，高效地转换光能为电能。
第三部分：低轨卫星使用太阳能锗电池的原因1. 高能源效率：太阳能锗电池具有高能源转换效率，可将天然光转化为电能的效率高达20%以上，相比其他太阳能电池更具优势。
2. 轻量化设计：低轨卫星通常需要尽可能减少重量，以提高轨道调整和运营成本。
太阳能锗电池的轻量化设计使得其非常适合用于低轨卫星，可显著降低卫星的质量。
3. 长寿命和可靠性：太阳能锗电池寿命长，可靠性高，适应各种恶劣环境条件，不易受到辐射损伤，从而保证了低轨卫星在太空中的可持续运行。
第四部分：太阳能锗电池在低轨卫星中的应用前景1. 卫星通信：低轨卫星通常用于提供全球范围内的无线通信服务。
太阳能锗电池可以为卫星提供稳定的能源供应，保证通信信号的传输质量，进一步推动全球通信的发展。
2. 环境监测：低轨卫星可以被用于监测地球上的气候变化、环境污染等情况。
太阳能锗电池可以为这些卫星提供长期稳定的能源供应，确保卫星能够连续地获取监测数据。
3. 导航和定位：低轨卫星被广泛应用于全球导航系统，如GPS。
太阳能锗电池的高能源效率允许卫星以更长时间持续运行，从而提供更可靠和准确的导航和定位服务。
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锗在空间太阳能电池中的应用胡国元韩兆忠北京有色金属研究总院,北京,100088)摘要：用锗作为衬底制作的GaAs/Ge太阳舱电池,其性能与G.As/GaA,电池接近,机械强度更高,单片电池面积更大.在空间应用环境下,杭辐封闺值比硅电池高,性能衰退小,其应用成本接近于同样功率的硅电池板,已应用于各型军用卫星和部分商业卫星中,逐步成为主要的空间电源。
关键词：锗太阳能电池应用1引言经过40多年的发展,太阳能电池已被证明是各类航天器的非常有效的电源,研究和应用较多的有Si, GaAs, GaAs多结,I.P,CIS(C.InSe2)和CdTe电池.直到8.年代,硅太阳能电池因其技术成熟,性能稳定,一直是主要的空间电源.通过IBM最初的尝试和休斯公司,林肯实验室等的努力,人们逐渐认识到GaAs太阳能电池是空间电源的新的发展方向.从80年代初开始,美国空军资助的MANTECH计划和应用太阳能公司的研究表明,GaAs太阳能电池具有良好的应用特性W进步的研究证明了在Ge衬底上异质外延GaAs制成的GaAs/Ge电池具备同样的特性.InP电池具有优秀的抗辐射能力,但目前制造成本太高.CIS和CdTe薄膜电池转换效率低,仅用于一些特殊要求的电池板.Si电池技术继续发展,转换效率达15纬甚至接近18%,但其抗辐射能力差使其应用受限,Si电池将更多地应用于低温低照度条件.n GaAs or Gs 2 GaAs/Ge电池的结构GaAs太阳能电池的结构如图I所示[z],主要包含GaAs缓冲层,n型GaAs基极,P型GaAs发射极和AIG.A.窗口,衬底采用GaAs或Ge片.电池的制备方法早期多采用液相外延.现在基本上采用MOCVD法,亦称为MOVPE方法.因为锗比砷化稼机械强度高,解理性小,又易得到大尺寸的高质量单晶,用锗取代砷化稼作为太阳电池的衬底,可以生产出较薄的衬底片,减轻电池重量,降低生产成本,增大单片电池面积,目前已大量应用.BACK CONTACT一一图I GaAs太阳电池结构Fig I GaAs solar cell structure锗衬底片选择偏向1-60的(100)锗单晶,厚度一般为200.m,电阻率..005^-0. 4D cm,晶格完整性尽可能好.在Ge衬底上进行GaA,异质外延有两个主要问题,一是晶格缺陷,另一个是反相畴.衬底晶向的偏离可以避免进行GaAs异质外延过w中出现反相畴现象(APBs),同时减轻由于晶格常数差异引起的外延层中的缺陷,抑制Ga的反扩散C2-q.在CVD异质外延中采用负压大流量工艺和合适的m/V比有助于抑制外延层中位错和层错的产生,冷却速度也对位错密度产生影响Cs-tl.用等离子氢饨化处理衬底可以降低位错活性,减轻其对太阳电池性能的影响[s.7Bongers等人尝试在锗衬底上外延InGaAs作为对GaAs晶格失配的过度层.of,在外延层上位错密度与衬底相比保持不变.双结和三结电池的结构示意图见图2,底层电池的禁带宽度较窄,能吸收较长波长的光,从而提高电池效率.在电池级间采用重摇杂的隧道结进行欧姆接触,可以避免产生整流效应.3 GaAs/Ge电池与硅电池的性能比较1991年以前生产的GaAs电池尺寸为8c.2,以后电池的尺寸逐渐增大到16c.', 36c.',现在可生产50.60cm2的GaAs/Ge电池,厚度减小到200140mm,只有其它半导体器件衬底厚度的一半.电池转换效率从1985年的17%增加到"写(AMO,25"C),比硅太阳电池效率高20肠-25%,而且输出《功能材料》增刊1998 10功率随温度增加而减小的幅度只是硅电池的一半.虽发射成本,则选择GaAs太阳能电池更加经济.表1然GaAs/Ge电池的成本是硅电池的8.8倍,重量是对1M (EOL )G.As/Ge电池与硅电池制造和应用过硅电池的2倍,但制作同样功率的空间太阳能电他程中的各项指数作一比较,表中未考虑电池板面积减板,GaAs电池板的面积比硅的小35纬,重量减少小导致发射成本的减少27吓,而电池板制造成本仅增加16%[11'.如果考虑到表1 1kW (EOL)Si,GaAs电池板比较Table 1 Comparison of 1kW (EOL) Si, GaAs/Ge solar panels电池类型2 X 4crn'单片电池重量9/Ml单片电池成本$ /cell电池数重电池板面积 m2ftkg功率 kW(EOL)电池板成本$M发封到LEO轨遗成本$M发射到GEO软道成本$MSiGaAs/Ge:.:::1513312400810011.667. 63::.:::;一:::.::::.:::OAR coaun口一一mj日科51:二n"AIInP".日日】们PP.C日.PP峨fi.aT P沁"G.M咐+.G日户吕a " GaInPn 〔a八sP"GaAap 右.I.PGe or GaAs Sub心.日臼a口r-ee一们与.,司n"AIIrP一n"GaInppC创nPPPIR,aSnPP-"GaAsn"+" Ga户,n- Galnpn . G.A.p.勺r p.冗而护气0日Ae护}"G目月,n"AIGaA!n.白P,心.匆b为d几n叫Metal-Wt图2多结GaAs电池结构;T意图Fig 3 Cross-section of multijunction GaAs cell为了进一步提高转换效率,美国再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)等单位研制了多结电池,双结GaInP"/GaAs/Ge电池效率已达到24. 2 0 o (AMO, 28 "C ).三结电池的转换效率可达26. 5%. 1993年,R.. Venkatasubramanian等人第一次用成本较低的光学级锗多晶作衬底研制的GaAs/Ge电池,转换效率也达到了15.8%(AML 5,25"C)t" ).空间太阳能电池的耐辐射能力对保证航天器顺利完成任务起着至关重要的作用,GaAs/Ge太阳电池抗空间粒子辐射的能力明显高于硅太阳能电池W7.二者受辐射引起性能衰退的机理都是因辐射造成晶格畸变导致少子寿命(扩散长度)缩短,从而使效率降低,GaAs和Ge的抗辐射闽值较硅高,其受外层空间辐射引起的性能衰退比硅要小.1991年发射的U-oSAT一5小卫星(770km, 980偏角),稳定运行三年多以后,高效硅太阳能电池(BOL,15. 5沁)和GaAs/Ge太阳电池(BOL,18. 5%)输出功率的变化见图护火空间辐射换算为1Mev当量电子照射的影响).19"年月31日发射的欧洲"尤里卡"航天器,其上搭载的ASGA项目提供了在低轨道GaAs太阳电池工作性能的极有价值的结果,表2为电池板各项参数的比较Rs7,在291夭全部实验过程中无一电池失效,所有电池板性能退化情况可忽略,GaAs/Ge电池显示出较高的工作温度.表2 GaA,电池空间运行一年前后性能比较Table 2 Comparison of GaAs cells(pre- and post- 1 year flight) 电池厚度拜ITI发射前(1992. 3)回收后(1993.9)A第1.天B第291天B/A(1.(.A)Vc(mV)效率(%)(Isc(mA)v沈(mV)效率(%)孵(mw)xh*仁m认)MO-GaAs/GeMO-GaAsMO-GaAsMO-GaAsLPE-GaAsLPE-GaAs200300300300100300380398383361367376102710181004101099118.418.617.517.716.417.137939737835836337510131018984100298699418.118. 716.617.016. 317.42642732312642622702282620.9920.9890. 9870. 9921功能材料》增刊1998 10 |恤日日r!r'卜....... 一}一{{{}纵,「一,司币{}'粗I州凡11}\I!闷GaAs/Ge太阳电池是一种性能优良的空间用太阳能电池.表3近几年通讯卫星功率豁求Tab1e3CurrentlyP1annedcommunicationsatellite SystemS1日eV当盘电子流(e八砰)(a)高刀硅电池一}{1I,一}}},,.{"'卜率'!}}}丫,,1一,,一}{!l}{{l{}{IMev当t电子流(e/'mZ)(b)GaAs/Ge电池困3UoSAT一5电池功率变化Fig5PodegradationcurvesofUoSAT一scells1996年,休斯航天与通讯公司为Measat航天器应用,对GaAs/Ge电池特性进行评价,测定了辐射环境,温度,人射角对电池电性能参数的影响,并对电池反向耐压卷定性,光学和热学性能,机械强度和热循环性能进行测试,建立起完整的性能参数数据库[1e]. 名称卫星数童恶总功率雷求(BOL)(kw)年功率常求(kw)Iridium玩marsatGlobalstarAriesodyesseyEI!ipsoM一Sat弓6(+30)10(十2)4848121631030014141420103543710020060100100255510401020206104J总55.总:110Teledesic(器)70064001100山勺习哎,1哎1卜工N工让0韶砚,卜几川J曰砚李J喊一匕2一比0户,.E' 4GaAs/Ge太阳电池的应用GaAs/Ge太阳电池转换效率比硅太阳电池高2.%~25%,一个显著的优点就是卫星的电池板面积大大缩小(或者说同样面积电池板可获得更大的功率),电池板重量减轻,因此节省发射嫩料.电池板面积缩小可增加卫星舱拢带空间,对LEO轨道卫星来说,还惫味着减小拖曳力,从而减少星载火箭的燃料.过去几年中,随GaAs/Ge太阳电池用量的增加,电池的制造成本也降低到1991年的一半左右.90年代初,GaAs/Ge太阳电池就己应用于欧美国家的各型军用卫星,随后迅速扩展到商业用户中,需求量也急剧增加.表3列出了近几年通讯卫星对电源的需求[lj.1994年发射的两颗同步转移轨道〔GTO)卫星sTRVIA和STRvIB,主电源采用GaAs/Ge太阳电池和GaAs/GaA3太阳电池,并对35种不同类型的空间太阳电池进行检测和比较.1992年7月发射的Eu-RECA卫星,其搭载的ASGA项目就是对GaAs/Ge太阳电池和GaAs/GaA,太阳电池的性能进行评价,经过10个月6000多次热循环和SO0km高空LEO轨道辐射环境的考验,19卯年7月返回测试.证明了NASA小卫星技术启步计划(SSTD之一的改进型小卫星"CLARK',于1996年发射,星上有两块电池板主电池板采用5.smiJGaAs/Ge太阳电池,最小提供350W,37V(EOL)的直流电源,完全满足卫星工作需求,副电池板采用GaAs/Ge(116w,37v),多结电池(138w,a7v)和cls电池(>6ow)〔,7」.该星用反射板聚光系统,比常规的电池板减少韶%的太阳电池用量. 用于研究极光等离子物理的FAST卫星要求保持最小的等离子体扰动,同时要求足够的能源保证星上各种测量仪器的工作,该星应用电池表面贴装技术,使用Ts225片小于4cmZ的0.14mmGaAs/Ge太阳电池,保证了60~loow(34V)的功率[,8〕.将于1998年发射的EOSAM一1是Goddard航天飞行中心系列遥感卫星中的第一颗,它使用单电池板,要求在低地极轨道运行5年后电池板的功率保证skw(127V),拟采用0.14mmGaAs/Ge太阳电池制作的柔性太阳电池板[19〕.无人驾驶太阳能飞机随高度增加功率增大,无废气排放,巡航速度慢,特别适合于大气研究,如臭氧监测和天气预报,遥测,地图绘制等,军事上由于其体积小,不易被雷达探测,可用于敏感地区的情报收集.NASA路易丝研究中心研制的太阳能飞机采用264片6又6cmGaAs/Ge电池,地面测试功率可达12ow〔2妇.1996年12月肯尼迪太空中心发射的"火星探路者"于1997年7月4日在火星着陆,其携带的微型探《功能材料》增刊1995 10测小车"旅居者"(sojourner)装备多种谱分析仪对火星表面进行研究,并将数据传回地球,小车的能源包括一块太阳电池板和一组锉电池,作为主要能源的太阳能电池板位于小车顶部,由234片GaAs/Ge电池组成,面积0. 22m2,重量0.340kg,在火星中午时可提供16.5W的功率(在地球可提供45W功率,]SUN,/AMO).探测小车预计工作一个星期,实际工作了40多天.at Conference held in Florence, Italy, 1991,495-500 Yuan Li, et al. I of Crystal Growth,163(1996),195^-202Attolini G, et al. J Phys. D: Appl Phys. 1995,28.A12E --A132Both, N, et al. Thin Solid Film. 1995, 260(1),65^74 Frigeri C. et al. last Plays Cord Sec. 1994,135Burle N, et al. Inst P妙s Conf &,.1993,134,573Ringel Steven A, et al. U S. US5,571,3395结束语GaAs/Ge太阳能电池和G.As/GaAs太阳能电池同样具有高效率,杭辐照,长寿命,温度特性好的优点,而且由于锗衬底的强度高,可以获得更大,更薄的电池,大幅度提高功率比重量,降低成本和发射成本.目前,GaAs/G.已被定位为空间用太阳能电池的主要角色,并大批量生产.在此基础上的AIGaA.和GaIRP2多结电池也在继续发展,随其性能稳定和技术成熟,应用会更加广泛,对锗的需求量亦将迅速增加.我国从"东方红三号"卫星开始已经采用展开式太阳电池板技术,随着经济和技术的发展,各类卫星对太阳电池的需求将逐渐增加,以后发展的万瓦级大星由于受电池板贴片面积的制约,还有正在发展的小卫星系列都需要GaAs/Ge电池.我们应在提高电池用锗单晶质量的同时,加快我国外延用锗衬底和GaAs/Ge太阳能电池的研制进度.参考文献Ties P A,FHo,1962Bollani B. et al.24th IEEE PVSC, 1994, Vol 1 ,1957-Proceedings of the European Space Pow9 Ringel S A, et al. 24th IEEE PVSC, 1994. Vol I , 2204--220710 Bangers M M G, et al. Journal of Crystal Growth1996.162: 7^1411 Luther W. 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Scheirran, et al, 24th IEEE PVSC, 1994,Vol. 1 ,2006-2009Applications of Germanium in Solar CellHu Guoyuan Han Zhaozhong(The General Research Institute for Non-ferrous Metals, Beijing,100088,China)ABSTRACT Using Germanium as its substrate, GaAs/Ge has as good performance as GaAs/GaAs cell, andhas higher strength and can get bigger area single pared with Si solar cells, GaAs/Gs solar cellshows better radiation resistance, lower performance degradation in spaceenvironment, close launch cost oreven cheaperpower.KEY WORDSGaAs/Ge solar cell has been widely applied in various satellites and is becoming the main spacegermanium, solar cell, application（本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。