1、,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,-族太阳能电池,发展前景,4,1,2,3,The Introduction of New Clean Energy_Solar Cells,Hot Tip,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。, Image information in product Image : Note to customers : This
2、image has been licensed to be used within this PowerPoint template only. You may not extract the image for any other use.,2011年对各类可再生资源投资额及其所占比例,Development,2004,2005,2006,2007,2008,2010,0 500 1000 1500 2000 2500 / 亿美元,全球对可再生能源投资年度增长趋势,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,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
3、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
4、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,-族太阳能电池,元素周期表中族元素和族元素形成的化合物简称-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： 1839年，法国科学家 E.Becquerel博士发现“光电效应”。 1883年， Charles Fritts博士，制成第一个太阳能电池，是通过硒晶圆片制作的。 1904年，Hallwachs博士发现Cu、Cu2O对光的敏感性。Cu、Cu2O电池的研发。,-族太阳能电池, 1954年，Wakker首次发现砷化镓有光伏效应。 1955年，美国RCA公司研究砷化镓太阳能电池转换效率
5、达8%。 1962年，砷化镓太阳能电池转换效率达13%。 1973年，砷化镓太阳能电池转换效率达15%。 1980年，砷化镓太阳能电池转换效率达22%。 2006年，波音子公司研发出41%的砷化镓太阳能电池。,-族太阳能电池,-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（Vegard Law）。 因此，比起硅基材料，-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。,-族化合物太阳电池的制备,优点：设备简单，价格便宜。生长工艺也 相对简单，安全，毒
6、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
7、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：,由于磷化铟的高光吸收系数，其整体的光吸收层厚度仅需3m以下。由于表面复合速率103 cm/s远低于砷化镓
8、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。,-族太阳能电池未来发展,Description of the contents,制备成本,-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,-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,Thank You!,
