关键字：GaAs太阳电池、光伏发电、别墅太阳能发电

单结GaAs/GaAs太阳电池，即以GaAs单晶材料为衬底的光伏发电电池，是最早进行研究的一种III-V族化合物太阳电池，目前在别墅太阳能发电行业尚未得到普遍应用。

 

20世纪60年代，同质结GaAs太阳光伏发电电池相关材料的制备、性能研究钢处于起步阶段，一般设计为同质结p-GaAs或n-GaAs太阳电池。

 

1956年，Jenny在n型GaAs单晶衬底上扩散Cd，首先研制成功光电转换效率为6. 5%的GaAs太阳电池。但是，由于 GaAs的表面复合速率大于10⁶ cm • s^-1，入射光在近表面处产生的光生载流子除一部分流向n-GaAS区提供光生电流外，很大部分将流向表面，形成表面复合电流而消失，这使得同质结GaAs太阳光伏发电电池的光电转换效率较低，无论是效率还是发电成本都无法与硅太阳电池相竞争，因而发展一直缓慢。

太阳电池图

直到70年代，随着异质结结构的采用，GaAs太阳光伏发电电池才引起人们的普遍关注。1972年，Woodall 和 Hovel 设计研制了p-AlGaAs/p-GaAs/n-GaAs 三层结构，即： 在GaAs表面LPE —层AlGaAs窗口层，使界面处形成导带势垒，以阻止光生电子向表面运动。由于AlxGai-xAs与GaAs有很好的晶格匹配，异质界面间的复合速率可低于10⁴ cm • s^-1，实现了p-GaAs层高表面复合转变为低表面复合，获得16%的 转换效率。由于高A1组分的AlxGai xAs有较大的带隙Eg，对能量小于Eg的人射 光而言是一种透明的窗口层;并且，当AlxGal xAs层制作得很薄时，其表面层的吸收 损失也是很小的。1973年，这一结构的效率达到21. 9%。之后，研究者们进一步改进AlxGai_xAs/GaAs异质界面结构，使LPE-GaAs电池的效率大大提高，最高达到22%〜23%的水平。

 

对于单结GaAs太阳电池而言，采用LPE能得到的最好效率是25%。而Agert等人以MOCVD方法，制得AlGaAs/GaAs太阳电池的效率为24%。在小卫星空间电源系统中，GaAs组件所占的比例在20世纪80年代只有43%。直,到90年代才增加至75%以上，至今仍然占据空间主电源的重要地位。1985年前苏联发射的和平号轨道空间站，以及1995年发射的阿根廷科学卫星SAC-B的GaAs电池（〜1000片，寿 命初期功率215 Wp)等都是采用这样的结构。

 

1990年以后，MOCVD技术逐渐被应用到了GaAs太阳电池的研究和生产中。MOCVD技术生长的外延片表面平整，各层的厚度和浓度均匀并可准确控制。因而用该技术制备的GaAs太阳电池的性能明显改进，效率进一步提高，其最高效率超过25%，如果别墅太阳能发电行业的电能转换效率也能提升上去，那么光伏发电将会在全世界范围内的电能生产中占据据绝大部分比例。

 

时至今日，GaAs太阳光伏发电电池在光电转换效率的道路上已经迈开了很大的一步，但离普及别墅太阳能发电行业中的家庭式光伏发电似乎还有很大一段距离，相关的技术难题还有待攻克。