晶格失配和反向生長(zhǎng)等新技術(shù)及量子阱等新材料在Ⅲ一V化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池方面的研究進(jìn)展

　　自從20世紀(jì)50年代人類(lèi)發(fā)明了硅太陽(yáng)電池以來(lái)，太陽(yáng)電池就成了空間電源的主要角色。在接下來(lái)的幾十年里，太陽(yáng)電池技術(shù)不斷進(jìn)步。由于空間惡劣的環(huán)境和空間飛行器不斷對(duì)電源系統(tǒng)提出更高的要求，人們?nèi)找嫫惹行枰咿D(zhuǎn)換效率、更好抗輻照性和適應(yīng)空間惡劣溫度變化的太陽(yáng)電池出現(xiàn)。同時(shí)，在全球氣候變暖、人類(lèi)生態(tài)環(huán)境惡化、常規(guī)能源資源短缺并造成環(huán)境污染的形勢(shì)下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)也普遍得到各國(guó)政府的重視和支持。20世紀(jì)90年代初，人們制作出了光電轉(zhuǎn)換效率18％的GaAs太陽(yáng)電池，此后，III—V族多結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池不斷創(chuàng)造出更高的轉(zhuǎn)換效率，目前GalnP／GalnAs／Ge i結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池AMO轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近30％。最近幾年，隨著人們對(duì)半導(dǎo)體材料性質(zhì)認(rèn)識(shí)的深入，晶格失配和反向生長(zhǎng)等新技術(shù)被先后應(yīng)用到太陽(yáng)電池的生長(zhǎng)和研究中，同時(shí)量子阱和量子點(diǎn)等新材料也被認(rèn)為在推動(dòng)太陽(yáng)電池效率提高方面具有潛力。我們將就這些新技術(shù)和新材料的研究進(jìn)展進(jìn)行深入的探討。 1晶格匹配的太陽(yáng)電池作為III—V化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池發(fā)展歷史的一個(gè)里程碑，晶格匹配的GalnP／GalnAs／Gc三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池取得了令人矚目的成就并得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)調(diào)整不同化合物材料的各種組分比例，來(lái)達(dá)到各種材料與襯底的晶格匹配，同時(shí)盡量滿足各結(jié)子電池的帶隙匹配條件，GalnP／GaInAs／Ge三結(jié)太陽(yáng)電池可以獲得比較高的轉(zhuǎn)換效率。如圖1所示，晶格匹配的GalnP／GalnAs／Ge三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池是目前最成熟的多結(jié)

　　III—V太陽(yáng)電池體系。通過(guò)①具有雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙隧穿結(jié)；②采用GalnP成核層連接的Ge底電池；⑧含有1％In組分、與襯底完全晶格匹配的中間電池；④寬帶隙的頂電池（晶格無(wú)序的GalnP）等優(yōu)化手段Ⅲ，該電池已經(jīng)取得了接近30％的 AMO效率。 Emcore公司采用“實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)”（Fraction Achieved）即器件實(shí)際達(dá)到的效率與理論效率的比值來(lái)展示各代產(chǎn)品工藝的進(jìn)步，如表1所示［2】。從第一代產(chǎn)品的77．2％到最新一代產(chǎn)品的 86．0％，晶格匹配的三結(jié)太陽(yáng)電池取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。