以化合物半導(dǎo)體為基體制成的太陽(yáng)能電池。在種類繁多的化合物半導(dǎo)體材料中，不乏兼?zhèn)鋬?yōu)良光電特性、高穩(wěn)定性、宜于加工制造的太陽(yáng)能電池材料。化合物可構(gòu)成同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池、異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池和肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池。它既可制成高效或超高效太陽(yáng)能電池，又可制成低成本大面積薄膜太陽(yáng)能電池，從而拓寬了光電材料的研究范圍，也極大地豐富了太陽(yáng)能電池家族。

中文名

化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池

外文名

compound solarcell

學(xué)科

電力科學(xué)

拼音

huahewu bandaoti...

釋義

目前，世界上光電轉(zhuǎn)換效率最高的是化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池 (如砷化鎵太陽(yáng)能電池效率η=24%～28%)，或者是以化合物作為重要組分的太陽(yáng)能電池 (如砷化鎵和硅疊合聚光太陽(yáng)能電池效率η=32%～37%，薄膜硒銦銅/非晶硅太陽(yáng)能電池效率η=14%～17%)。

制備原料

在元素周期表中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP);Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，如硫化鎘 (CdS)、硒化鎘 (CdSe)、碲化鎘 (CdTe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅 (ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)等，都具有直接禁帶躍遷的能帶結(jié)構(gòu)，吸收系數(shù)大，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。若用Ⅰ-Ⅲ族元素取代Ⅱ-Ⅵ族化合物中的Ⅱ族元素，則得到 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物，如硒銦銅(CuInSe)、硫銦銅(CuInS)等。對(duì)應(yīng)地，用Ⅱ-Ⅳ族元素代替Ⅲ-Ⅴ族化合物中的Ⅲ族元素，則構(gòu)成Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族三元化合物，如鋅硅砷 (ZnSiAs)等。從中可以挑選禁帶寬度適合于吸收不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光、且可制成低電阻p型或n型基體的化合物半導(dǎo)體來(lái)制造太陽(yáng)能電池。

典型代表

具有代表性的化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池有砷化鎵太陽(yáng)能電池、硫化鎘太陽(yáng)能電池和硒銦銅太陽(yáng)能電池。

砷化鎵太陽(yáng)能電池Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽(yáng)能電池，其主要特點(diǎn)是：

(1) GaAs的禁帶寬度達(dá)1.43 eV，能有效地吸收太陽(yáng)光，其理論效率達(dá)28%。

(2) GaAs是直接禁帶躍遷材料，吸收系數(shù)大。吸收90%的太陽(yáng)能只需5μm厚的GaAs，而硅則需厚為100μm以上才能吸收同樣多的太陽(yáng)能。

(3)耐高溫，耐輻射，適宜于做聚光太陽(yáng)能電池(聚光比可以高達(dá)1000～1735倍)，也適宜于做太空飛行器上用的太陽(yáng)能電池。

砷化鎵太陽(yáng)能電池的主要缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴，功率/重量比小，表面復(fù)合速度大等。

自1956年砷化鎵太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái)，已制成pn結(jié)GaAs同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池和GaAlAs/GaAs異質(zhì)面太陽(yáng)能電池等。砷化鎵還可以分別與元素半導(dǎo)體、其他化合物構(gòu)成許多異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多晶薄膜GaAs太陽(yáng)能電池。砷化鎵太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)類同于硅太陽(yáng)能電池，開(kāi)路電壓為0.88～1.0 V，短路電流密度稍低，一般為20～30 mA/cm。

硫化鎘太陽(yáng)能電池

是最先問(wèn)世的Ⅱ-Ⅵ族化合物太陽(yáng)能電池。硫化鎘的禁帶寬度為2.42 eV，吸收系數(shù)大，是比較理想的異質(zhì)結(jié)窗口材料，CdS-CuS太陽(yáng)能電池的效率極限為17.8%。但在研究中發(fā)現(xiàn)，CdS-CuS電池在自然光照條件下，銅離子會(huì)在pn結(jié)中宏觀遷移，因而造成輸出功率下降。現(xiàn)在正在用CdTe和其他合適的材料來(lái)制造低成本薄膜太陽(yáng)能電池。

碲化鎘太陽(yáng)能電池碲化鎘具有穩(wěn)定性好、薄膜沉積速度快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而碲化鎘與硒銦銅同樣被選為當(dāng)前最有希望的兩種薄膜化合物太陽(yáng)能電池之一。其光電轉(zhuǎn)換效率，1991年為12.5%，1995年為15.8%，2000年有可能達(dá)到18%而進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

硒銦銅太陽(yáng)能電池

性能最好的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物太陽(yáng)能電池。硒銦銅是目前已知的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半導(dǎo)體中性能最好的光電材料，禁帶寬度為1.01～1.04 eV，有直接能帶結(jié)構(gòu)，在異質(zhì)結(jié)電池中可作為理想的基體材料。硒銦銅與硫化鎘、碲化鎘材料一樣，可以用真空沉積法、噴涂法、絲網(wǎng)印刷法和懸浮電鍍法制造薄膜電池。電池結(jié)構(gòu)與硅薄膜電池類同。也可制成前壁型和后壁型兩種。CuInSe電池的開(kāi)路電壓比硅的低，約為0.4～0.5 V，而短路電流密度可高達(dá)40 mA/cm左右，是一種穩(wěn)定性比較好的薄膜太陽(yáng)能電池。其光電轉(zhuǎn)換效率，1991年為13%，1995年為17%，2000年可達(dá)20%。