晶格失配和反向生长等新技术及量子阱等新材料在Ⅲ一V化合物半导体太阳电池方面的研究进展

　　自从20世纪50年代人类发明了硅太阳电池以来，太阳电池就成了空间电源的主要角色。在接下来的几十年里，太阳电池技术不断进步。由于空间恶劣的环境和空间飞行器不断对电源系统提出更高的要求，人们日益迫切需要更高转换效率、更好抗辐照性和适应空间恶劣温度变化的太阳电池出现。同时，在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术也普遍得到各国政府的重视和支持。20世纪90年代初，人们制作出了光电转换效率18％的GaAs太阳电池，此后，III—V族多结级联太阳电池不断创造出更高的转换效率，目前GalnP／GalnAs／Ge i结级联太阳电池AMO转换效率已经接近30％。最近几年，随着人们对半导体材料性质认识的深入，晶格失配和反向生长等新技术被先后应用到太阳电池的生长和研究中，同时量子阱和量子点等新材料也被认为在推动太阳电池效率提高方面具有潜力。我们将就这些新技术和新材料的研究进展进行深入的探讨。 1晶格匹配的太阳电池作为III—V化合物半导体太阳电池发展历史的一个里程碑，晶格匹配的GalnP／GalnAs／Gc三结级联太阳电池取得了令人瞩目的成就并得到了广泛的应用。通过调整不同化合物材料的各种组分比例，来达到各种材料与衬底的晶格匹配，同时尽量满足各结子电池的带隙匹配条件，GalnP／GaInAs／Ge三结太阳电池可以获得比较高的转换效率。如图1所示，晶格匹配的GalnP／GalnAs／Ge三结级联太阳电池是目前最成熟的多结

　　III—V太阳电池体系。通过①具有双异质结结构的宽带隙隧穿结；②采用GalnP成核层连接的Ge底电池；⑧含有1％In组分、与衬底完全晶格匹配的中间电池；④宽带隙的顶电池（晶格无序的GalnP）等优化手段Ⅲ，该电池已经取得了接近30％的 AMO效率。 Emcore公司采用“实现分数”（Fraction Achieved）即器件实际达到的效率与理论效率的比值来展示各代产品工艺的进步，如表1所示［2】。从第一代产品的77．2％到最新一代产品的 86．0％，晶格匹配的三结太阳电池取得了长足的进步。