薄膜太阳能电池的分类与发展历史

薄膜太阳能电池种类

　　为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，
又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓

III-V 族化合物，硫化镉，碲化

镉及铜锢硒薄膜电池等。

　　上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较
单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，
因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓

III-V 化合物及铜铟硒薄膜电池由

于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。

　　砷化镓太阳能电池

　　

GaAs 属于 III-V 族化合物半导体材料，其能隙为 1.4eV，正好为高吸收率太阳光的

值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在

250

℃的条件下，光电转换性能仍很良

好，其最高光电转换效率约

30%，特别适合做高温聚光太阳电池。

　　砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，
这种磊晶圆的直径通常为

4—6 英寸，比硅晶圆的 12 英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的

机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品

IC 成本比较高。磊晶目

前有两种，一种是化学的

MOCVD，一种是物理的 MBE。GaAs 等 III-V 化合物薄膜电池

的制备主要采用

MOVPE 和 LPE 技术，其中 MOVPE 方法制备 GaAs 薄膜电池受衬底位

错，反应压力，

III-V 比率，总流量等诸多参数的影响。 GaAs(砷化镓)光电池大多采用液

相外延法或

MOCVD 技术制备。用 GaAs 作衬底的光电池效率高达 29.5%(一般在 19.5%

左右

) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片

作衬底，

 MOCVD 技术异质外延方法制造 GaAs 电池是降用低成本很有希望的方法。已

研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓，多晶砷化镓，镓铝砷

--砷化镓异质结，金属-

半导体砷化镓，金属

--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。

　　砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法，直接拉制法，气相生
长法，液相外延法等。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受
到影响。除

GaAs 外，其它 III-V 化合物如 Gasb，GaInP 等电池材料也得到了开发。

　　

1998 年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的 GaAs 太阳能电池转换效率为 24.2%，

为欧洲记录。首次制备的

GaInP 电池转换效率为 14.7%。另外，该研究所还采用堆叠结构

制备

GaAs，Gasb 电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs 作为上电池，

下电池用的是

Gasb，所得到的电池效率达到 31.1%。

　　砷化镓

(GaAs)III-V 化合物电池的转换效率可达 28%，GaAs 化合物材料具有十分理

想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结