砷化镓薄膜电池的发展现状

毕业设计报告（论文）(2014届)题目：砷化镓薄膜电池的发展现状所属系：材料系班级：光伏1111学生姓名：丁勇学号：2011104114同组成员：指导教师：肖雪军2014届毕业设计（论文）-I`-摘要美国的阿尔塔设备公司使用外延层剥离技术，用砷化镓制造出了最高转化效率达28.4%的薄膜太阳能电池。这种电池不仅打破了此前的转化效率，其成本也低于其他太阳能电池。该太阳能电池效率提升的关键并非是让其吸收更多光子而是让其释放出更多光子，未来用砷化镓制造的太阳能电池有望突破能效转化记录的极限。目前效率最高的商用太阳能电池由单晶硅圆制造，最高转化效率为23%。砷化镓虽然比硅贵，但其收集光子的效率更高。就性价比而言，砷化镓是制造太阳能电池的理想材料。未来的空间用砷化镓太阳能电池市场将全部由国内企业分享。聚光型砷化镓太阳能电池的地面应用正逐步成为新的趋势。未来几年我国地面用砷化镓太阳能电池可能会有一个快速增长过程。关键词:砷化镓介绍与应用现状发展趋势和前景2014届毕业设计（论文）-II`-AbstractAltaequipmentcompaniesintheUnitedStatestousetheepitaxiallayerstrippingtechnology,usinggalliumarsenideproducedthehighestconversionefficiencyupto28.4%ofthethinfilmsolarcells.Thebatteryisnotonlybrokethepreviousconversionefficiency,itscostislowerthanothersolarcells.Thekeytothesolarcellefficiencyisnotletitabsorbmorephotonsbutletitsreleasemorephotons,thefuturemadeofgalliumarsenidesolarbatteryisexpectedtobreakthelimitofenergyefficiencyintorecord.Atpresentthemostefficientcommercialsolarcellsmanufacturedbymonocrystallinesiliconcircle,thehighestconversionefficiencyof23%.Galliumarsenide,althoughmoreexpensivethansilicon,thecollectionofphotonsismoreefficient.Intermsofprice,galliumarsenideisanidealmaterialtomakesolarcells.Futurespacewithgalliumarsenidesolarbatterymarketshareallbydomesticenterprises.Concentratingthegroundofthegalliumarsenidesolarbatteryapplicationisgraduallybecominganewtrend.InthenextfewyearsinourcountrythegroundUSESgalliumarsenidesolarbatterymayhavearapidgrowthprocess.Keywords:GalliumarsenideIntroductionandapplicationofThestatusquoDevelopmenttrendsandprospects2014届毕业设计（论文）-III`-目录摘要...........................................................................................................................................................I第一章绪论.......................................................................................................................................11.1本文的研究背景和意义............................................................................................................11.2国内外研究发展现状..............................................11.2.1砷化镓材料在国内发展现状.....................................11.2.1砷化镓材料在国外发展现状.....................................3第二章砷化镓材料的介绍与应用........................................................................................72.1砷化镓材料的性质................................................72.2砷化镓材料的制备工艺............................................72.2.1液封直拉法(LiquidEncapsulatedCzochalski，简称LEC).........72.2.2水平布里其曼法(HorizontalBridgmna,简称HB)...................82.2.3垂直布里其曼法(VerticalBridman,简称VB)......................82.2.4垂直梯度凝固法（VerticalGradientFreeze，简称VGF）.........92.2.5蒸汽压控制直拉法（VaporControlCzochralski，简称VCZ）........92.2.6各种生长工艺的对比...........................................92014届毕业设计（论文）-IV`-2.3砷化镓材料的开发与应用.........................................112.3.1砷化镓电子器件的开发和利用..................................112.3.2砷化镓光电器件的应用.......................................13第三章砷化镓薄膜电池的现状与发展前景................................................................143.1砷化镓薄膜电池的现状...........................................143.1.1空间用砷化镓薄膜电池........................................143.1.2地面聚光砷化镓太阳能电池....................................143.1.3国际砷化镓太阳能电池的市场状况..............................163.1.4国内砷化镓太阳能电池的市场状况..............................163.2砷化镓薄膜电池的发展前景.......................................173.2.1国内砷化镓太阳能电池市场的发展前景..........................173.2.2砷化镓太阳能电池技术发展前景................................18第四章设想与建议.........................................19参考文献..................................................20致谢.....................................................222014届毕业设计（论文）-1`-第一章绪论1.1本文的研究背景和意义目前，在轨空间用三结砷化镓太阳能电池应用规模超过750KW。最近5年三结砷化镓太阳能电池每年实际生产和销售规模平均保持在100KW以上。相比而言，我国因起步较晚，目前空间用太阳能电池尚处于由晶体硅材料电池向三结砷化镓材料电池过渡的阶段。国内砷化镓太阳能电池光电转换效率的进一步提高，必将进一步加快其取代晶体硅太阳能电池的速度。此外,砷化镓是继硅之后研究最深入、应用最广泛的半导体材料,由于砷化镓禁带宽度宽、电子迁移率高,因而砷化稼不仅可直接研制光电子器件.如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等,而且在微电子方面.以半绝缘砷化镓Si一GaAs为基体,用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管,具有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点不仅在国防上具有重要意义在民用和国民经济建设中更有广泛应用。砷化镓是一种很有发展前途的制作太阳能电池的材料。太阳能电池可以把太阳能直接转换为电能。硅太阳能电池是世界上使用最多的一种,它的转换效率最高能够达到18%～20%,而砷化镓太阳能电池最大效率预计可以达到23%～26%,它是目前各种类型太阳能电池中效率预计最高的一种。砷化镓太阳能电池抗辐射能力强,并且能在比较高的温度环境中工作。这不仅对探索宇宙的研究提供了有利条件,而且也标志着人类在直接利用无穷无尽的太阳能方面又迈进了一步。1.2国内外研究发展现状1.2.1砷化镓材料在国内发展现状目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场2014届毕业设计（论文）-2`-为主。利润率较高的微电子用4～6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。中国大陆从事砷化镓材料研究与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电集团46研究所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司(原国营54厂)等九家。北京通美是美国AX独资子公司,其资金、管理和技术实力在国内砷化稼材料行业首屈一指,产品主要以VGF法4、6英寸半绝缘砷化稼材料为主。其在高纯镓、高纯砷、高纯锗以及氮化硼坩埚等方面均有投资,有效地控制了公司成本,2009年销售收入8000万美元,短期内国内其它各公司还难以和北京通美形成真正的竞争。中科晶电成立于2006年,主要从事VGF砷化镓单晶生长和抛光片生产,该公司为民营企业,总投资为2500万美元,在高纯砷和高纯稼方面也已投资建厂。2009月产2英寸砷化稼晶片10万片,2010年月产达到万片。该公司是目前国内发展速度最快的砷化镓企业。天津晶明公司成立于2007年,由中国电子科技集团公司第四十六研究所投资,注册资本1400万元,总投入约5000万元。主要产品为2英寸LED用VB法低阻砷化镓晶体及抛光片,兼顾少量3一4英寸半绝缘砷化稼单晶材料。目前拥有LEC单晶炉4台,VB单晶炉60台,已建成一条完整的单晶生长及抛光片加工生产线,目前月产约为3万片。中科稼英公司成立于2001年,晶体生长只有两台LEC单晶炉,目前主要在国内购买HB或VGF砷化嫁单晶进行抛光片加工,销售对象主要