光伏技術(shù)之Ⅲ—Ⅴ族化合物半導(dǎo)體整體多結(jié)級連太陽電池

　　基于 GaAs的空間用多結(jié)級連太陽電池進(jìn)一 步 的研 究課題 3．1 用晶格失配的材料系統(tǒng)實現(xiàn) 與太陽光譜更好 的匹配前 面 已提到 ，與 Ge品格 匹配的 GalnPdGa（In）As／Ge三結(jié)電池材 料系統(tǒng)無論對于空 間還是地 面陽光 ，都不是 最理想 的選擇 。圖 8給 出了三級子單純 的外量子效率光譜 響應(yīng)及 AM0／AM1．5G陽光下光生電流密度按單位 光子 能量繪制 的光譜分布曲線㈦。由于在 Ga（In）As的吸收限（約 880nm）以外 ，太陽光譜中仍有相當(dāng)豐富的紅外光可以被 Ge底 電池所利用 ，使 其短路 電流密度 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于 電流匹配 的 GalnPz／GalnAs兩級頂電池。為了更有效地把太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽梢酝ㄟ^改變 In／Ga組分 比 ，調(diào)低 GaInPJGaInAs兩級頂 電池 的帶 隙寬度 。當(dāng) GalnAs中間電池帶隙寬度 為 1．23eV左 右 ，而 GaInP頂 電池與其晶格匹配且 III族亞 晶格 完全無序時 ，GaInPz／Ga（In）As／Ge 二三結(jié)電池的 AM0理論效率最 高 ［32，36］。但此時 ，GaInPz／GalnAs 兩級頂 電池 已與 Ge襯 底嚴(yán)重 晶格失配 ，失配 率接近 1％ ］。于是，GaInP2／Ga（In）As／Ge三結(jié)電池的研究者們，在沿著材料選擇品格匹配優(yōu)先的途徑走 了很遠(yuǎn) 以后又發(fā)現(xiàn) ，或許應(yīng)該再回過頭來考 慮另一條途徑 的優(yōu)點 ，即通過努 力實現(xiàn)品格失配材 料的外延生長來獲得材料帶 隙寬 度選 擇 的更 大 自由度 。這～ 技術(shù)途徑的關(guān)鍵在于如何減小因品格 失配引起 的線缺陷對 電池性 能的影響。采 用逐 步改變 In組分 的 GalnAs 緩 沖層 有可能較 好地 把 晶格失 配缺陷限制 在初 始 外延 層 內(nèi) ，而 不延 伸 進(jìn) GalnP2／GalnAs兩級 頂 電池 ㈨。但 是 ，盡 管 對 于 In組 分 為 4％ 至 8％ 的 GalnAs中間 電 池的設(shè) 計 已 獲得 了相當(dāng) 不 錯 的 結(jié) 果 ，但 晶 格 失 配 的GalnP2／GalnAs／Ge三 結(jié)電池 的效率水平從 未超 過 品格 完全 匹配 ，即 ln組分約為 1％時的最高實踐記錄 。事實上 ，當(dāng) ln組分 為 12％，即理論上效率 應(yīng)為最高時 ，迄今為止實際所達(dá)到 的三結(jié) 電池效率要更低得多 1。上述晶格失配 的 GalnPz／GalnAs／Ge三結(jié) 電池 的性能難 以提 高 ，是 因為對 電池轉(zhuǎn) 換效率 貢獻(xiàn) 最大 的 OalnPjOahaAs兩級頂電池的晶體質(zhì)量仍難免或多或少地受到失配缺陷的影響。最近 有人提 出了一 個很有希 望的新方案 ，即以 GaAs為襯底 ，先 反次 序生 長 晶格匹 配 的 GaInP頂 電池 和 GaAs中 間電池 。然后 ，在 GalnP組 分過 渡層后 ，生 長 In組 分為 25％ 、帶 隙寬度為 1．0eV、品格失配的 GaInAs，代替 Ge作為第 三級底電池【一］。在制作 器件時 ，將 電池外延 層從 GaAs襯底上剝 離下來形成薄膜結(jié) 構(gòu)。1．0eV 的底 電池可 比 Ge更有效地利用太 陽的 紅 外 光 譜 。 而 更 重 要 的 是 ， 在 這 種 晶 格 失 配 的 GaInP2／GaAs／GaInAs三結(jié) 電池 中 ，晶格 失配缺 陷將 只影 響到 GaInAs底 電池 ，而底 電池對 電池效轉(zhuǎn) 換率 的貢獻(xiàn)相對 兩級頂電池來說要小得 多。