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1、 本文由飞过无痕 zr 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。评 论 族化合物半导体整体多结级连太阳电池 光伏技术的新突破（续） 陈文浚 三 结 电 池 的 效 率 水 平 从 未 超 过 晶 格 完 全 匹配 ， 即 组 分 约 为 时 的 最 高 实 践 记 录 。事 实 上 ， 当 组 分 为 ， 即 理 论 上 效 率 应 为 最 高 时 ， 迄 今 为 止 实 际 所 达 到 的 三 结 电 池 效 率 要 更 低 得 多 。 上 述 晶 格 失 配 的 三 结 电 池 的 性 能 难 以 提 高 ， 是 因 为 对 电 池
2、转 换 效 率 贡 献 最 大 的 两 级 顶电池的晶体质量仍难免或多或少地受到失配缺陷的影响。 最 近 有 人 提 出 了 一 个 很 有 希 望 的 新 方 案 ， 即 以 为 衬 底 ， 先 反 次 序 生 长 晶 格 匹 配 的 顶 电 池 和 中 间 电 池 。 带 然 后 ， 在 组 分 过 渡 层 后 ， 生 长 组 分 为 、 隙 宽 度 为 、 格 失 配 的 ， 代 替 作 为 第 三 级 底 电 晶作者近照池 。 在 制 作 器 件 时 ， 将 电 池 外 延 层 从 衬 底 上 剥 离 下 基于 的空间用多结级连太阳电池进 一步的研究课题 用晶格失配的材料系统实现与太阳
3、光谱更好的匹配前 面 已 提 到 ， 与 晶 格 匹 配 的 （） 三 结 电池材料系统无论对于空间还是地面阳光， 都不是最理想的 选择。图 给出了三级子单纯的外量子效率光谱响应及 来 形 成 薄 膜 结 构 。 的 底 电 池 可 比 更 有 效 地 利 用 太 阳的红外光谱。而更重要的是， 在这种晶格失 配 的 三 结 电 池 中 ， 晶 格 失 配 缺 陷 将 只 影 响 到 底 电 池 ， 而 底 电 池 对 电 池 效 转 换 率 的 贡 献 相 对 两 级 顶电池来说要小得多。 阳 光 下 光 生 电 流 密 度 按 单 位 光 子 能 量 绘 制 的 光由 谱 分 布 曲 线 。
4、 于 在 （） 的 吸 收 限 （ 约 ） 以 外 ， 太 阳 光 谱 中 仍 有 相 当 丰 富 的 红 外 光 可 以 被 底 电 池 所 利 用 ， 使 其 短 路 电 流 密 度 远 远 高 于 电 流 匹 配 的 两 级 顶电池。 了更有效地把太阳光能转变为电能， 可以通过改变 为 组 分 比 ， 调 低 两 级 顶 电 池 的 带 隙 宽 度 。 当 中 间 电 池 带 隙 宽 度 为 左 右 ， 而 顶 电 池 与 其 晶 格 匹 配 且 族 亚 晶 格 完 全 无 序 时 ， （） 三 结 电 池 的 理 论 效 率 最 高，。 但 此 时 ， 图具有宽带隙顶电池的 三结电 度
5、按单位光子能量绘制的光谱分布 池的外量子效率光谱响应及 阳光下光生电流密两 级 顶 电 池 已 与 衬 底 严 重 晶 格 失 配 ， 失 配 率 接 近 。 于 是 ， （） 三 结 电 池 的 研 究 者 们 ， 在 沿 着 材 料 选择晶格匹配优先的途径走了很远以后又发现， 或许应该再 回过头来考虑另一条途径的优点， 即通过努力实现晶格失配 材料的外延生长来获得材料带隙宽度选择的更大自由度。这 一技术途径的关键在于如何减小因晶 格失配引起的线缺陷对电池性能的影 响 。 采 用 逐 步 改 变 组 分 的 缓冲层有可能较好地把晶格失配缺陷 限制在初始外延层内， 而不延伸进 三级以上的多结整
6、体级连电池如 上 所 述 ， 现 行 三 结 电 池 结 构 不 能 充 分 利 用 太 阳 中 以 外 的 红 外 部 分 。人 们 早 就 希 望 能 在 和 之 间 再 加 入 另 一 级 带 隙 宽 度 为 左 右 的 子 电 池 ，作者简介： 陈文浚 （ ） ， 男， 北京市人。现为中国电 子 科 技 集 团 第 十 八 研 究 所（ 天津电源研究所） 研究员级高级工程师。 年毕业于清华大学半导体材料与 器件专业。三十七年来一直在第一线从事太阳电池的基础研究与生产 ， 曾获得八项 国家及部市级科技进步奖。从 年起享受政府特殊津贴， 年国家劳动人事 部授予 有突出贡献中、 青年专家 称
7、号。在过去的十年里， 领导组建了国内第一条 砷 化 镓 太 阳 电 池 金 属 有 机 物 气 相 外 延（ ） 生 产 线 ， 专 门 从 事 基 于 砷 化 镓 的 单结与多结电池研究与生产。第六届全国 学术会议以后， 为历届此会议组 织委员会委员。 两 级 顶 电 池 。 但 是 ，尽 管 对 于 组 分 为 至 的 中 间 电 池 的 设 计 已 获 得 了 相当不错的结果， 但晶格失 配的 评 论构 成 四 结 级 连 电 池 。 由 于 掺 入 极 少 量 的 就 可 以 大 大 改 变 高能粒子辐照的能力将优于三结电池， 从而有可能在实现与 三 结 电 池 相 近 的 （ 寿 命
8、 初 期 ） 效 率 时 ， 在 空 间 应 用 中 获 得 更 高 的 （ 寿 命 终 期 ） 性 能 ， 。 的 带 隙 宽 度 ， 与 晶 格 匹 配 、 的 新 材 料 在 几 年 前 吸 引 了 广 泛 的 关 注 。但 是 ， 一 定 程 度 上 受 到 源 材 料 的 限 制 ， 新 材 料 的 研 究 并 未 取 得 重 大 进 展 ， 其 极 短 的 少 子 扩 散 长 度 使 作 为 第 三 级 的 子 电 池 电 流 密度远低于预期的水平 超薄型和薄膜多结电池质 量 对 于 空 间 能 源 系 统 是 一 个 很 重 要 的 因 素 。 和。这使人们不得不暂时越过， 的
9、密 度 比 大 一 倍 多 ， 对 降 低 单 体 电 池 的 质 量 很 不 利 。尽管 用 机 械 强 度 高 的 取 代 后 ， 基 于 的 族 化 合 物 半 导 体 太 阳 电 池 的 衬 底 厚 度 已 从 最 初 的 减 薄 到 四 结 级 连 电 池 概 念 ， 把 注 意 力 更 多六 地转向其它技术途径， 探索五结、 结级连电池的可行性 。 图 为 正 在 开 发 的 五 结 和 六 结 整 体 级 连 电 结 构 示 意 图 。由 于 太 阳 光 谱 被“ 平 分 ”为 与 各 级 子 电 池 带 隙 宽 度 相 应 的 更 多 的 区 域 （ 见 图 ） ， 当 各 级
10、 子 电 池 电 流 匹 配 时 ， 电 池 的 短路电流密度将低于四结电池设计。 少对于六结电池设计， 至 ， 再 减 薄 到 ， 又 进 一 步 减 至 ， 人 们仍希望能制备更薄的电池以实现更高的质量比功率。通过把 衬 底 减 薄 ， 德 国 的 和 美 国 的 都 宣 布 已 能制 备 厚 度 至 的 ， 可 弯 曲 的 三 结 电 池 ， 尽 管 效 率 还 只 有 左 右 ， 。 早 在 上 个 世 纪 年 代 ， 等 就 曾 成 功 地 把 太阳电池结构从其外延衬底上剥离下来， 制备成 薄 膜 电 池 。 基 于 的 多 结 电 池 实 现 了 迄 今 为 止 最 高 的 光 电
11、 转 换 效 率 后， 研制 高效薄膜电池再次引起兴趣。 等 在 子 电 池 有 可 能 在 实 践 上 满 足 电 流 匹 配 的 要 求 。 洲 欧国 家 避 开 ， 很 早 就 开 始 研 究 带 隙 宽 度 组 合 为 的 的 五 结 电 池 ， 并 进 行 了 辐 照 实 验 。 在 技 术 上 ，五 结 和 六 结 多 结 整 体 级 连 电 池 所 面 临 的 挑 战 是 ： 研 制 带 隙 宽 度 高 于 的 高 性 能 第 一 级 顶 电 池 。 实 现 年 首 次 报 道 了 双 结 薄 膜 太 阳 电 池 的 研 究 结果 并 在 年 的 第 十 五 届 （ 上 海 ）
12、上 展 示 了 原 型 样 品 。 图 为 其 结 构 示 意 图 和 用 塑 料 薄 膜 封 装 起 来 的 实 物 照 片。通过在电池背面引入重搀杂的隧穿结改善与与金属膜间 的欧姆接触， 电池样品的 效率已达到 。 更 理 想 的 宽 带 隙 隧 穿 结 ， 用 于 顶 层 子 电 池 间 的 互 连 。 提 高 晶 体 质 量 ， 突 破 其 对 整 体 电 池 的 电 流 限 制 。 在 笔 者看来， 由于前两项的限制， 六级以上的多结整体级连电池在实 践上将很难获得理论上所预期的更高的转换效率。图五结和六结整体级连电结构示意图 图 双结薄膜太阳电池由 于 背 面 金 属 膜 的 光 反 射 作 用 ， 双 结 薄 膜 电 池 的 底电池可以减薄厚度而不会过多影响其电流密度， 这将有助 由 于 改 进 电 池 的 抗 辐 照 性 能 ， 。 于 这 种 高 效 多 结 薄 膜 电 池 与 薄 膜 封 装 技 术 相 配 合 ， 将 有 可 能 实 现 至 的 空图 用六结级连电结的子电池带隙宽度将太阳光谱分区 间 系 统 质 量 比 功 率 ， 等 厂 家 最 近 也 都 开 始 了 同 样 的 探 索 ， 。 但 无 论 如 何 ， 即 便 电 池 结 构 的 外 延 生 长 和 剥 离 并 不 成 为 问 题 ， 为 满 足 空 间 应 用 的 高
