多元化合物薄膜太阳电池模板.ppt

Ⅲ - Ⅴ族太阳电池的应用 ? GaAs 及其它Ⅲ - Ⅴ族太阳电池，因为具有 直接 能隙及高吸光系数，而且耐放射损伤佳且对温 度变化不敏感 ，所以这使得Ⅲ - Ⅴ族太阳电池 特别适合用在 热光伏系统 、 聚光系统 及 太空 等 三个主要应用领域里 热光伏系统 ? 热光伏系统是指将 红外光谱 转换为电能的系统 ， ? 主要是利用 低能隙 （ 0.4 ～ 0.7eV ）的Ⅲ - Ⅴ族 材料来制造。 ? GaSb 锑化镓的能隙宽度为 0.72eV ，是适合这 方面用途的材料。 ? GaSb 也可应用在 多结太阳电池 中，搭配 聚光 系统 去吸收更多的红外光。。 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括 III-V 族化 合物（ GaAs,InP 等）、Ⅱ－Ⅵ族化合物（ Cds 系 ) 、和磷化锌及 铜铟硒 (CuIn(S/Se)2, 简称 CIS) 薄膜电池等 . ? Ⅲ -V 族化合物太阳电池 与硅比较具有的特性有哪 些？ ? 多结太阳电池的设计应考虑哪些因素 ? 了解多结 GaInP/GaAs/Ge 太阳电池的结构，及各层 的作用。 ? InP 基太阳电池有哪些特性？ ? Ⅲ - Ⅴ族太阳电池的应用在哪些领域？ Ⅲ -V 族化合物的特性 ? Ⅲ -V 族化合物可以包括 有磷化铝 (AlP) 、砷化铝 (AlAs) 、锑化铝 (AlSb) 、 氮化锗（ GeN ）、磷化 镓（ GaP ）、砷化镓 （ GaAs ）、锑化镓 （ GaSb ）、氮化铟 （ InN ）、及砷化铟 （ InAs ）等组合。 ? Ⅲ -V 族化合物的优点之一是，它的 能隙宽 ，而且 使用三元或四元 的混合Ⅲ -V 族化合物 （例如 InGaP 、 AlGaAs 、 GaInNAs 、 GaNAs 等）更能使 能隙设计的变化更大 ? 不同材料之间的连接线，表示结合不同比例的这两种材料所形成的 三元或四元化合物的能隙大小。 ? 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。 适合薄膜化 ? 由于硅是非直接能隙材料，对于光的吸收系 数较小，所以一般需要采用 200um 以上的厚 度，才能吸收到足够的太阳光，而 Ⅲ -V 族化 合物多为直接间隙的材料 ，所以对于 光的吸 收较大 ，因此仅仅数微米 (2um GaAs) 的厚度， 就能吸收到足够的太阳光。因此只要 使用薄 膜的Ⅲ -V 族化合物 ，就可达到很高的效率。 Ⅲ -V 族化合物最主要的优点 耐放射线损伤 ? 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 ? 所谓聚光技术是使用透镜去聚焦太阳光，使 之照射在太阳电池上已增加效率。 ? 聚焦的太阳光会使得太阳电池的温度增加， 而就Ⅲ -V 族化合物而言，太阳电池的 效率随 着温度而下降的程度远比硅慢 。 ? Ⅲ -V 族化合物 可以聚焦到 1000 倍或 2000 倍的 程度，而 硅 则只能聚焦到 200 ～ 300 倍左右。 单结太阳电池的设计 ? 在太阳电池的设计上，要适当的 调整电流与电压 ，才可使 产生的 功率达到最大化 。 ? 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 越小能隙的材料 越能达到 这目的。但是 小能隙 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 出能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 大能隙的材料 将会导致较 小的光电流 。 ? 在传统单结太阳电池的设计上，通常要 选用能 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。也就是说，最佳的太 阳电池材料的能隙约为 1.4 ～ 1.5eV 之间。 材料的理论效率及相对的能隙及光电流、光电压之间的关系。 ? 这些单结的太阳电池材料的理论效率都在 30% 以下 多结太阳电池的设计 ? 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。 ? 利用 不同能隙宽度 的材料做成太阳能电池，按能隙 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。