关键字：MOCVD、光伏发电、别墅太阳能发电

MOCVD反应动力学包括两个方面：同相反应和异相反应，在光伏发电行业，对于发生在气相中的所有化学反应统称为同相反应，而发生在固体表面的反应被统称为异相反应。该定论也适用别墅太阳能发电领域。因此，我们可以把同相反应称作气相反应，将异相反应称作表面反应。气相反应是指：反应物在达到固相表面之间，在气相中进行的化学反应，通常是在边界层中进行的。用TMGa和 A₂H₃，生长GaAs时，气相反应可能包括有如下反应机理：

 

(1)TMGa的分解反应：

 

(2) AsH3的分解反应:

 

(3)GaAs的合成反应：

 

(4)CH4的合成反应：

 

(5)H2的合成反应:

(6)气相预反应和络合物的分解反应等。

 

在别墅太阳能发电领域，TMGa和AsH₃—般不会在气相中发生寄生反应，但如果反应器内部质量输运的分布不均匀、停留时间不足，就可能使TMGa发生寄生反应。寄生反应的产物是很难分解的大分子络合物，该化合物消耗了气相中的反应源，影响生长速率以及外延层的厚度均匀性。

 

用TMIn和PH3生长InP时，气相反应的反应机理同样有TMIn的分解反应，PH3的分解反应、InP的合成反应、CH4的合成反应、H2的合成反应、气相预反应、络合物的分解反应等等。

 

光伏发电专家认为：表面反应即为反应源在固相表面进行的化学反应。表面反应包含固相成分和包含气相成分，用（g)来代表气相反应剂，用(s)来代表固相反应源。

 

以GaAs材料的外延生长为例：

 

第一种情况：表面为富Ga表面，则可能存在反应为

第二种情况：表面为富As表面，则可能存在反应为

 

第三种情况：TMGa和AsH3已经形成络合物TMGa: AsH3并被吸附到固相表 面，可能存在反应为

 

上面的式子虽然形式一样，但性质截然不同。一个对晶体生长有贡献的，另一个则对气相寄生反应则没有贡献，还消耗反应源。

 

在光伏发电领域，外延薄膜的生长速率与气体流速、生长温度、反应器压力、基座转速、源的摩尔浓度、衬底取向，以及反应器的几何结构等因素有关。当其他因素固定不变时，生长速率与生长温度的倒数之间的关系揭示出有关生长机理的重要信息，这称为 Arrhenius 图。我们以TMGa 和 AsH3 生长 GaAs 为例，将 GaAs 的 Arrihenius 图被分为三个区域，如下图所示：

生长速率与温度倒数之间的关系

 

光伏发电科研人员发现，在550°C以下的低温生长区A，生长速率随生长温度的上升而按指数关系急剧上升，而且生长速率与衬底的取向有关，这说明生长速率由反应动力学控制，由该段直线的斜率就可以计算出反应活化能，我们将区域 A称为反应动力学控制区；光伏发电相关学者探究到：在550〜750°C的中温区B，生长温度对生长速率的影响很小，衬底的取向与生长速率几乎无关，生长速率仅由TMGa到达衬底表面的输运速率所控制，我们将区域B称为质量输运控制区或扩散控制区，在该区维持其他条件不变，增加TMGa的浓度和气体流速，就可以加快TMGa向衬底表面的输运速率，进而提高GaAs的生长速率；生长温度大于750°C的区域C，生长速率随着生长温度的上升而下降，生长速率的下降可能是热力学因素造成的，也可能是气相反应造成反应物消耗或反应物被在固相表面吸附造成。

 

对于MOCVD反应动力学的研究，无论是光伏发电领域还是别墅太阳能发电行业，相关科研人员都在孜孜不倦地进行着研究，用不了多久，光伏发电技术奖更加进步，太阳能设备将更加高效、实惠。