InP太阳能电池

CleanEnergyInP太阳能电池2013216147吴晨笛Contents太阳能电池的分类太阳能电池原理Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池发展前景4123TheIntroductionofNewCleanEnergy_SolarCellsHotTip发展太阳能电池的必要性◦随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出。太阳能作为理想的可再生能源受到许多国家的重视。不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得太阳能电池的发展日新月异。[Imageinformationinproduct]Image:Notetocustomers:ThisimagehasbeenlicensedtobeusedwithinthisPowerPointtemplateonly.Youmaynotextracttheimageforanyotheruse.类别太阳能风力生物质生物燃料小水力地热投资/亿美元1470840110706030比例/%56.8932.564.262.712.331.162011年对各类可再生资源投资额及其所占比例Development20042005200620072008201005001000150020002500/亿美元全球对可再生能源投资年度增长趋势太阳能电池硅化合物纳米-有机晶体硅非结晶硅薄膜单晶多晶薄膜单晶硅型多晶硅型结晶硅型太阳能电池的分类按材料种类进行分类太阳能电池的分类太阳能电池结晶系薄膜式非结晶系薄膜式单结晶形多结晶形按结晶状态进行分类太阳能电池原理（光电效应）光伏发电：是指当某种结构的半导体器件，受到光照时将产生直流电压（或电流）;当光照停止后电压（或电流）立即消失的现象。如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型和N型半导体中将电子激发出来，以致产生电子-空穴对。光谱特性：太阳能电池并不能把任何一种光都同样的转化为电。由于光的波长不同转化为电的比例也不同。太阳能电池原理（光电效应）如图，为太阳能电池的基本构造及其发电原理。1）当太阳光照射到太阳能电池上时，太阳光通过P型半导体及N型半导体产生自由电子（负极）及空穴（正极）。2）由于没有外加电源，因此产生的自由电子和空穴受到PN结上内建电场的影响而分离并移动，如图，自由电子移向N区，空穴移向P区。3）外加负载，形成回路，产生电流。半导体材料禁带宽度与物理性质半导体禁带宽度Eg（300K）/eV光激发时的迁跃类型折射率n静态介电常数δ1CSi1.11间接3.4411.7Ge0.67间接4.0016.3Se1.74直接5.568.5GaAs1.43直接3.412GaSb0.69直接3.915InP1.28直接3.3712.1InSb0.17直接3.7518ZnSe2.58直接2.898.1CdTe1.50直接2.7510.9Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池元素周期表中Ⅲ族元素和Ⅴ族元素形成的化合物简称Ⅲ-Ⅴ族化合物。其是继锗（Ge）和硅（Si）材料以后发展起来的半导体材料。发展历史：①1839年，法国科学家E.Becquerel博士发现“光电效应”。②1883年，CharlesFritts博士，制成第一个太阳能电池，是通过硒晶圆片制作的。③1904年，Hallwachs博士发现Cu、Cu2O对光的敏感性。④Cu、Cu2O电池的研发。Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池⑤1954年，Wakker首次发现砷化镓有光伏效应。⑥1955年，美国RCA公司研究砷化镓太阳能电池转换效率达8%。⑦1962年，砷化镓太阳能电池转换效率达13%。⑧1973年，砷化镓太阳能电池转换效率达15%。⑨1980年，砷化镓太阳能电池转换效率达22%。⑩2006年，波音子公司研发出41%的砷化镓太阳能电池。Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池Ⅲ-Ⅴ族化合物的晶格常数与带隙一般而言，晶格常数越小，半导体材料带隙则越大。一般而言三元甚至四元材料的晶格常数与材料组成呈线性关系，称为费伽德定律（VegardLaw）。因此，比起硅基材料，Ⅲ-Ⅴ族化合物的带隙有很大的设计自由度。其可通过多结多带隙的叠合结构来得到超高（25%）的转换效率。液相外延技术分子束外延技术Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的制备金属有机化学气相沉积技术优点：设备简单，价格便宜。生长工艺也相对简单，安全，毒性较小。缺点：难以实现多层复杂结构的生长。同LPE技术相比较，MOCVD技术的设备和气源材料价格昂贵，技术复杂，其使用的各种气源，包括各种金属有机化合物以及砷烷（AsH3），磷烷（PH3）等氢化物都是剧毒物质。但其效率高成品率也高，潜力巨大。MBE制备的太阳能电池效率不如MOCVD，另外其设备复杂，价格昂贵，生长速率太慢不易产业化。但近几年来，随着量子阱量子点太阳能电池的研究，其应用也在不断增加。磷化铟（InP）型太阳能电池材料特性：InP是一种属于直接带隙半导体材料，在室温下带隙值约为1.35eV，晶格常数为5.869A。其光吸收范围约在可见光至红外光区。相较于硅基型太阳能电池与砷化镓型太阳能电池，磷化铟内部缺陷易受温度影响而移动，可自动修复辐射造成的缺陷劣化，因此具有最佳的抗辐射性，可应用于太空用太阳能电池。。磷化铟（InP）型太阳能电池磷化铟（InP）半导体材料具有电子极限漂移速度高，耐辐射性能好，导热好的优点，与砷化镓半导体材料相比它具有击穿电场、热导率、电子平均速度均高的特点。其具有宽禁带结构，所以其受外界影响较小，稳定性很高。磷化铟（InP）太阳能电池一般应用于卫星，航天器上，因其具有很好的抗辐射特性。磷化铟（InP）型太阳能电池基本结构：接触电极N+-InP（~1020/cm3）本质InPP-InP基板P+-InP（~1020/cm3）由于磷化铟的高光吸收系数，其整体的光吸收层厚度仅需3μm以下。由于表面复合速率103cm/s远低于砷化镓的表面符合速率，因此不需要窗口层，仅PN结即可得到22%转换效率。Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池未来发展Descriptionofthecontents制备成本Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池成本较昂贵，可通过高举光系统降低成本，但芯片在高温下寿命问题仍需解决Ⅲ-Ⅴ族材料关键技术在于薄膜材料质量的提升。工业化目前大面积化制备困难度极高界面的晶格和热匹配薄膜晶格内应力的减小以及材料热膨胀系数的不同，在薄膜成长后冷却过程中薄膜和基底晶格间的应变太阳能发展前景从长远角度，发展可再生能源，调整我国能源结构，既可以减少环境污染，也可以减少我国对外国能源的依赖，以应对将来的能源危机。太阳能普遍性储量巨大长久性无污染ThankYou!