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多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括III-V族化合物（GaAs,InP等）、Ⅱ－Ⅵ族化合物（Cds系)、和磷化锌及铜铟硒(CuIn(S/Se)2,简称CIS)薄膜电池等.Ⅲ-V族化合物太阳电池与硅比较具有的特性有哪些？多结太阳电池的设计应考虑哪些因素了解多结GaInP/GaAs/Ge太阳电池的结构，及各层的作用。InP基太阳电池有哪些特性？Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的应用在哪些领域？Ⅲ-V族化合物的特性Ⅲ-V族化合物可以包括有磷化铝(AlP)、砷化铝(AlAs)、锑化铝(AlSb)、氮化锗（GeN）、磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、锑化镓（GaSb）、氮化铟（InN）、及砷化铟（InAs）等组合。Ⅲ-V族化合物的优点之一是，它的能隙宽，而且使用三元或四元的混合Ⅲ-V族化合物（例如InGaP、AlGaAs、GaInNAs、GaNAs等）更能使能隙设计的变化更大不同材料之间的连接线，表示结合不同比例的这两种材料所形成的三元或四元化合物的能隙大小。由于太阳电池的理论转换效率，与半导体的能隙大小有关，一般最佳的太阳电池测量的能隙为1.4～1.5eV之间，所以能隙为1.43eV的GaAs及1.35eV的InP会比1.1eV的硅更适合用在高效率的太阳电池上，利用各种Ⅲ-V族化合物所形成的多接面太阳电池可增加被吸收波长的范围，更可达到高效率化的目的。适合薄膜化由于硅是非直接能隙材料，对于光的吸收系数较小，所以一般需要采用200um以上的厚度，才能吸收到足够的太阳光，而Ⅲ-V族化合物多为直接间隙的材料，所以对于光的吸收较大，因此仅仅数微米(2umGaAs)的厚度，就能吸收到足够的太阳光。因此只要使用薄膜的Ⅲ-V族化合物，就可达到很高的效率。Ⅲ-V族化合物最主要的优点耐放射线损伤耐放射性佳，因此这样的太阳电池更适合太空用途。更适合聚光技术所谓聚光技术是使用透镜去聚焦太阳光，使之照射在太阳电池上已增加效率。聚焦的太阳光会使得太阳电池的温度增加，而就Ⅲ-V族化合物而言，太阳电池的效率随着温度而下降的程度远比硅慢。Ⅲ-V族化合物可以聚焦到1000倍或2000倍的程度，而硅则只能聚焦到200～300倍左右。单结太阳电池的设计在太阳电池的设计上，要适当的调整电流与电压，才可使产生的功率达到最大化。如果要想使产生的电流最大化，那么太阳电池要能尽量捕捉太阳光谱中的光子才行，因此越小能隙的材料越能达到这目的。但是小能隙的材料却会导致比较小的光电压，而且一些具有较高能量的光子（亦即比较短的波长），它高出能隙的能量并不会转换成电能，而是以热的形式浪费掉如果选择大能隙的材料将会导致较小的光电流。在传统单结太阳电池的设计上，通常要选用能隙大小位于整个太阳辐射光谱中间的材料，才可达到最大的理论效率。也就是说，最佳的太阳电池材料的能隙约为1.4～1.5eV之间。材料的理论效率及相对的能隙及光电流、光电压之间的关系。这些单结的太阳电池材料的理论效率都在30%以下多结太阳电池的设计由于单结太阳电池只能吸收和转换特定光谱范围的太阳光，因此能量转换效率不高。利用不同能隙宽度的材料做成太阳能电池，按能隙宽度大小从上至下叠合起来，选择性的吸收和转换太阳光谱的不同能量，就能大幅度提高电池的转换效率。将多个不同能隙的太阳电池依能隙的大小串叠起来，可以有效的吸收不同能量的太阳光，而提高电池的转换效率多结面太阳电池的设计要考虑到的重点能隙的选择多结面太阳电池中每层材料的能隙大小，决定了每个太阳光子会在哪一层里面被吸收掉。在理想状态下，每一层之间的能隙差异应该要设计到差不多才比较好，这样每一层的太阳电池才能吸收相等能量的太阳光谱。光线中超过该层材料的能隙的能量，会转换成热能消耗掉，因此每层之间的能隙差异要越小越好。为了吸收最多的太阳光源，越上层的薄膜应具有越大的能隙，越底层的薄膜应具有越小的能隙。使用越多层的多结太阳电池，其对太阳光的吸收效率越好，但这也意味着制造成本的增加。以目前比较常见的三结太阳电池所使用的GaInP/GaAs/Ge太阳电池为例，GaInP的能隙为1.8eV、GaAs的能隙为1.4eV、Ge的能隙为0.7eV，所以在堆叠上GaInP就必须在最上层，而Ge则放在最底层。调整化合物中的元素的组成比例，就可变化出很广范围的能隙。以三元化合物GaInP为例，GaP能隙为1.85eV，而晶格常数为5.65À，如果我们要想得到较小的能隙，那么我们可以下降Ga的比例而增加In的比例，直到Ga的比率降到0为止，这时得到的就是InP（能隙为1.3Ev）。晶格常数要使得最上层与最底层之间达到最大的光电流的话，最好是每一层的材料都能具有相同的结晶构造。当层与层之间的晶格常数差异过大时，它将会在晶体中产生缺陷或差排，因此增加少数载流子再结合的机会，因而降低太阳电池的效率。根据研究，晶格常数差异达到0.01%，就已会显著影响到光电效率，GaInP、GaAs、Ge三者的晶格常数非常的接近，这是他们被广为采用的原因之一。电流的匹配性由于多结面太阳电池是种串联式的接合，电流会由太阳电池的顶端流向底端，所以通过每一层的电流必须是相同的。因此，太阳电池的整体输出电流，便会受限于各别接面所产生的最小电流。如果要得到最大的效率，在设计上要让各接面可以产生相同的光电流。而在半导体接面产生的光电流，主要是与大于能隙的入射光子数目及材料对光的吸收率有关。4、薄膜厚度前面提到的两项影响光电流的因素，也决定了太阳电池需要如何的薄膜厚度才足够。例如当太阳光照射到太阳电池可以产生大量的光子话，所需的薄膜厚度就可以薄一些。如果薄膜层对光的吸收率低的话，就要使用厚一点的薄膜。以GaInP/GaAs/Ge多结太阳电池为例，由于Ge对于光吸收系数最低，所以需要比较厚的Ge薄膜层。比较常见的应用是采用150um厚的Ge层。GaInP/GaAs/Ge太阳电池因为可以达到30%左右的效率，使得GaInP/GaAs/Ge成为目前最普遍的Ⅲ-V族多结太阳电池。它是由GaInP、GaAs、Ge等三个太阳电池串联在一起构成的，它的主要优点是GaInP、GaAs、Ge等三个半导体材料具有非常接近的晶格常数，使得异质外延的生长相对的比较容易Ge电池应用于太空方面的Ⅲ-V族多结太阳电池，通常是以镉当基板。这主要是因为镉的制造成本较低，及具有优于砷化镓的机械性能，此外其晶格常数非常接近砷化镓（Ge=0.5657906nm，GaAs=0.565318nm），具有很好的匹配性。但是镉也具有一些缺点，例如镉为非直接能隙材料，使得开路电压Voc仅能达到300mV，而且其开路电压对温度很敏感。GaAs电池GaAs外延层的品质指标在于薄膜表面的粗糙度及晶格缺陷。根据研究，如果在GaAs中添加1%In，所形成的Ga0.99In0.01As外延的品质会优于一般的GaAs外延。在GaAs电池上面的窗口层，通常可采用AlxIn1-xP或GaxIn1-xP薄膜。理论上而言AlxIn1-xP比GaxIn1-xP更适合当窗口层，因为其具有大的能隙。但由于AlxIn1-xP对于气污染相当敏感，所以比较难与GaAs形成好的接合品质。因此GaxIn1-xP薄膜反而比较常用来当窗口层。此外在GaAs电池下面的GaxIn1-xP薄膜，是作为背面效场层的目的。GaInP电池在GaAs上面生长出的GaxIn1-xP薄膜，其能隙大小，除了跟组成有关，也与GaxIn1-xP薄膜的生长条件及品质有关，例如生长温度、生长速率、磷的分压及掺杂物的浓度等。GaxIn1-xP薄膜的掺杂物n-型掺杂物硒（Se）是常被用在Ⅲ-V族化合物当N-掺杂物的元素，当硒的浓度增加到使电子浓度达到2×1018/cm3以上时GaInP的能隙会增加，薄膜的生长表面会变得比较平滑，但硒的浓度过高时，薄膜的生长表面又会变得粗糙。硅也是常用于Ⅲ-V族化合物的N-掺杂物的元素，跟硒的特性一样，当硅的浓度高于特定临界值时，它也会使得GaInP的能隙增加。p-型掺杂物GaInP薄膜中最常使用的p-掺杂物为锌（Zn）。当载流子浓度达到1×1018/cm3以上时，锌就会破坏GaxIn1-xP薄膜的规则性而增加能隙大小。而且当锌的浓度较高时，它会引起GaInP及AlGaInP中的In含量的降低。此外，Zn在外延层之间的扩散，会导致太阳电池效率的降低。InP基太阳电池InP早在1958年即被用在太阳电池上，最初的效率只有2.5%。但直到1984年，研究发现InP太阳电池最引人注目的特点是它的抗辐射能力强，不但远优于Si电池，也远优于GaAs基系电池。所以在Ⅲ-V族太阳电池中，除了GaAs基系电池外，InP基系电池也备受瞩目。InP特性InP也是具有直接能隙的半导体材料，它对太阳光谱中最强的可见光及近红外光波段也有很大的光吸收系数，所以InP电池的有效厚度只需要3um左右。此外，InP的能隙宽度为1.35eV，也处在匹配太阳光谱的最佳能隙范围内，电池的理论能量转换效率和温度系数介于GaAs电池与Si电池之间。InP的表面再结合速度远比GaAs的表面再结合速度还低，所以只要使用简单的p-n接合即可得到高效率。太阳电池的耐放射损伤特性，是太空太阳电池的重要考量之一。由于Ⅲ-V族化合物大多具有直接能隙，所以比具有非直接能隙的Si基电池，更不易受到放射线照射而劣化。但因耐放射线性也与材料的内部缺陷程度及不纯物的浓度有关，所以如果Ⅲ-V族化合物的缺陷比硅多了100倍以上的话，其耐放射性也会与硅相当。由于InP中的缺陷容易因温度而移动，所以会使得其放射劣化具有自动的回复性，这是它具有优良的耐放射损伤的特性。Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的应用GaAs及其它Ⅲ-Ⅴ族太阳电池，因为具有直接能隙及高吸光系数，而且耐放射损伤佳且对温度变化不敏感，所以这使得Ⅲ-Ⅴ族太阳电池特别适合用在热光伏系统、聚光系统及太空等三个主要应用领域里热光伏系统热光伏系统是指将红外光谱转换为电能的系统，主要是利用低能隙（0.4～0.7eV）的Ⅲ-Ⅴ族材料来制造。GaSb锑化镓的能隙宽度为0.72eV，是适合这方面用途的材料。GaSb也可应用在多结太阳电池中，搭配聚光系统去吸收更多的红外光。。聚光系统前面提过，聚光技术是使用透镜去聚焦太阳光，使之照射在太阳电池上以增加效率Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的效率，随着温度增加而下降的程度远比硅慢，所以可以聚焦到1000倍或2000倍的程度。利用聚光技术，使得Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的效率已可达到30%以上。太空应用由于Ⅲ-Ⅴ族太阳电池具有高转换效率及耐辐射损伤性佳，所以GaAs电池早已取代硅而成为最佳的太空及卫星用途上的材料。而GaInP/GaAs/Ge多结太阳电池，更具有可以在高电压、低电流下操作的优点，是更亮眼的新世代太空应用的太阳电池。GaAs多接面太阳电池在单晶硅基板上，以化学气相淀积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，因为具有30%以上的高转换效率，很早就被应用于人造卫星的太阳电池板上。而新一代的GaAs多接面太阳电池，例如GaAs、Ge和GaInP2的三接面太阳电池因可吸收光谱范围非常广，所以转换效率可高达39%以上，是目前转换效率最高的太阳电池种类，而且性质稳定，寿命也相当长此种太阳电池的价格也极为昂贵，平均每瓦价格可高出多晶硅太阳电池数十倍以上，因此除了太空等特殊用途之外，预期并不会成为民用太阳电池的主流。神八采用的是高效三节砷化镓太阳电池，发电效率远远高于过去使用的硅太阳电池•神八一共两个太阳翼，每个太阳翼有四块太阳电池板，每块板的尺寸是一米五三乘两米，所以伸展出去有好几米长。•每一块板都布满了太阳电池。一共要有几千片太阳电池。•太阳电池在船上翅膀上是通过串并联方式组成一个太阳电池阵，这个太阳电池阵在空间的时候，在光照期是为飞船的负载供电，同时为蓄电池充电，在阴影期，太阳电池就不能再发电了，就是通过蓄电池为负载供电。•神八的太阳电池都采用的三节砷化镓这种新型的电池，原来从神一到神六采