砷化镓-作为光伏材料

背景

砷化镓(GaAs)是一种化合物半导体:镓(Ga)和砷(As)两种元素的混合物。镓是冶炼其他金属(尤其是铝和锌)的副产品,比黄金更稀有。砷并不罕见,但它有毒。砷化镓在太阳能电池中的应用与在发光二极管、激光器和其他光电器件中的应用一直在协同发展。

由于以下几个原因,砷化镓特别适合用于多结和高效太阳能电池:

GaAs带隙为1.43 eV,几乎是单结太阳能电池的理想选择。

砷化镓的吸收率非常高,只需要几微米厚的电池就能吸收阳光。(晶体硅需要100微米或更厚的层。)

与硅电池不同,砷化镓电池对热相对不敏感。(电池温度通常很高,尤其是在浓缩器应用中。)

使用铝、磷、锑或铟由砷化镓制成的合金具有与砷化镓互补的特性,使电池设计具有极大的灵活性。

砷化镓非常耐辐射损伤。这一点,加上它的高效率,使得砷化镓非常适合空间应用。

砷化镓及其合金作为光伏电池材料的最大优点之一是设计选项范围广泛。具有GaAs基底的电池可以有几层稍微不同的成分,这使得电池设计者能够精确地控制电子和空穴的欧洲杯足球竞彩产生和收集。(为了实现同样的目标,硅电池的掺杂水平受到限制。)这种程度的控制使电池设计者能够将效率越来越接近理论水平。例如,最常见的砷化镓电池结构之一使用非常薄的砷化镓铝窗口层。这一薄层允许电子和空穴在靠近结处电场的地方产生。

缺点和机会

砷化镓电池成功的最大障碍是单晶砷化镓衬底的高成本。因此,砷化镓电池主要用于集中器系统,其中典型的集中器电池约为0.25厘米2.在高浓度下可产生足够的功率。在这种配置中,成本低到足以使砷化镓电池具有竞争力,假设模块效率可以达到25%到30%,并且系统其余部分的成本可以降低。研究人员也在探索降低砷化镓器件成本的方法,例如在更便宜的衬底上制造砷化镓电池;在可移动、可重复使用的砷化镓衬底上生长砷化镓电池;甚至可以制作类似于铜铟二硒化物和碲化镉的砷化镓薄膜。

高效概念和集中器

基于砷化镓(GaAs)和相关“III-V”材料的高效太阳能电池历来被用于空间应用。目前的目标是将该技术进一步发展,将其开发为集中器技术,并将其扩展到包括三重连接设欧洲杯足球竞彩备。使用低成本基板(如玻璃)也在研究器件。研究人员的长期目标是通过发展材料科学、推进相关科学和工程、协调与行业和大学合作伙伴的关系以及促进商业化,将III-V材料确立为具有竞争力的地面光伏技术。欧洲杯线上买球

发展多结技术

尽管磷化镓铟(GaInP)/GaAs串联电池的效率已达到30%,目前已在商业上用于空间应用,但这些电池尚未集成到集中器系统中。

资料来源:美国能源部光伏计划。

有关此来源的更多信息,请访问国家可再生能源实验室

评论

  1. 陈丹 陈丹 香港S.A.R. 说:

    感谢分享这种类型光伏电池的信息,但与单晶相比,它的效率如何?你有什么数据要说吗?

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