砷化鎵太陽電池演示文稿當(dāng)前第1頁\共有25頁\編于星期日\10點神八一共兩個太陽翼，每個太陽翼有四塊太陽電池板，每塊板的尺寸是一米五三乘兩米，所以伸展出去有好幾米長。每一塊板都布滿了太陽電池。一共要有幾千片太陽電池。太陽電池在船上翅膀上是通過串并聯(lián)方式組成一個太陽電池陣，這個太陽電池陣在空間的時候，在光照期是為飛船的負(fù)載供電，同時為蓄電池充電，在陰影期，太陽電池就不能再發(fā)電了，就是通過蓄電池為負(fù)載供電。神八的太陽電池都采三結(jié)砷化鎵這種新型的電池，原來從神一到神七采用的是硅太陽電池，他們倆最大的區(qū)別就是太陽電池發(fā)電效率。硅太陽電池，以前采用的是14.8%的效率的太陽電池，現(xiàn)在神八和“天宮一號”采用的都是26.8%的高效的三節(jié)砷化鎵太陽電池。當(dāng)前第2頁\共有25頁\編于星期日\10點6月16日18時49分，神舟九號飛船(下稱“神九飛船”)發(fā)射12分鐘后，在浩瀚太空中成功展開位于兩側(cè)的太陽能電池帆板，猶如神九飛船長出的一對美麗翅膀。事實上，這對太陽能電池帆板，正是神九飛船的“翅膀”，為其遨游太空并完成空間探測任務(wù)提供著不竭動力。當(dāng)前第3頁\共有25頁\編于星期日\10點任務(wù)一、GaAs太陽電池的發(fā)展歷程及特點任務(wù)二、GaAs太陽電池的結(jié)構(gòu)及制備工藝課外任務(wù)檢查當(dāng)前第4頁\共有25頁\編于星期日\10點1、GaAs太陽電池的發(fā)展歷程2、GaAs太陽電池的材料性質(zhì)GaAs原子序數(shù)及電子排布3、Ⅲ-V族化合物太陽電池與硅比較具有的特性有哪些？當(dāng)前第5頁\共有25頁\編于星期日\10點世界上首次發(fā)現(xiàn)GaAs材料具有光伏效應(yīng)理論上估算，GaAs單結(jié)太陽電池的效率可達(dá)27%

Gobat等研制了第1個摻鋅GaAs太陽電池采用LPE(液相外延)技術(shù)引入GaAlAs異質(zhì)窗口層，降低了GaAs表面的復(fù)合速率，使GaAs太陽電池的效率達(dá)16%

實驗室最高效率已達(dá)到50%（來自IBM公司數(shù)據(jù)）產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率可達(dá)30%以上

1954195620世紀(jì)60年代

20世紀(jì)70年代世紀(jì)80年代后1、GaAs的發(fā)展歷程當(dāng)前第6頁\共有25頁\編于星期日\10點砷化鎵單晶在應(yīng)用上曾遭受到不少挫折。

首先用它來作晶體管和二極管，結(jié)果其性能還趕不上硅和鍺。到了60年代初，出現(xiàn)了耿氏微波二極管，人們曾寄希望于將此器件取代真空速調(diào)管，使雷達(dá)實現(xiàn)固體化。后終因輸出功率太小而未能實現(xiàn)。

在改善計算機性能中，用砷化鎵制成了超高速電路，可以提高計算機的計算速度，這個應(yīng)用十分誘人，但是后來開發(fā)出計算機平行計算技術(shù)，又給砷化鎵的應(yīng)用澆了一飄冷水。

所以一直到90年代初期，砷化鎵的應(yīng)用基本限于光電子器件和軍事用途。1、GaAs的發(fā)展歷程——曲折當(dāng)前第7頁\共有25頁\編于星期日\10點由于認(rèn)識到其優(yōu)異性能及其戰(zhàn)略意義人們不斷地對砷化鎵材料器件及應(yīng)用進(jìn)行研究與開拓，這些工作為今天的大發(fā)展打下了基礎(chǔ)。砷化鎵器件有分立器件和集成電路?，F(xiàn)在集成電路已不是硅的一統(tǒng)天下，砷化鎵集成電路己占集成電路市場份額的2%強。已獲應(yīng)用的砷化鎵器件有:微波二極管，耿氏二極管、變?nèi)荻O管等;微波晶體管:場效應(yīng)晶體管(FET).高電子遷移率晶體管(HEMT)，異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)等;集成電路:微波單片集成電路(MMIC)、超高速集成電路(VHSIC)等;紅外發(fā)光二極管:(IRLED);可見光發(fā)光二極管(LED，作襯底用)高效太陽電池;霍爾元件等1、GaAs的發(fā)展歷程——黃金時代當(dāng)前第8頁\共有25頁\編于星期日\10點移動電話在較高的頻率下，砷化鎵器件與硅器件相比.具有使用的電壓低、功率效率高、噪聲低等優(yōu)點，而且頻率愈高，兩種器件在上述性能方面的差距愈大。所以現(xiàn)在移動通信成了砷化鎵微波電路的最大用戶。光纖通信在此種通信中光的發(fā)射是要用砷化鎵或砷化鎵基的激光二極管或發(fā)光二極管，由于移動通信和因特網(wǎng)的發(fā)展擴(kuò)大了對光纖通信的需求。汽車自動化首先獲得應(yīng)用的是全球定位系統(tǒng)，可以指示給駕駛員關(guān)于汽車的方位、合理的行車路線等信息，這也為汽車的無人駕駛提供了前提條件，這套系統(tǒng)主要靠砷化鎵的微波器件所支持的。1、GaAs的發(fā)展歷程——應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)前第9頁\共有25頁\編于星期日\10點太空高效太陽電池原來人造天體上所用的都是硅的太陽能電池。由于砷化鎵太陽能電池的工藝獲得突破，現(xiàn)已證明，在太空中使用砷化鎵太陽能電池更為合理。最近發(fā)射和計劃發(fā)射的人造天體多使用砷化鎵太陽能電池作能源。最引人注目的是美國發(fā)射的火星探路者，它使用了砷化鎵太陽能電池來驅(qū)動自動小車在火星上工作了30天。軍事應(yīng)用在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中，電子信息技術(shù)顯示出巨大的威力，其中砷化鎵起了不可磨滅的作用。在相控陣?yán)走_(dá)、電子對抗、激光描準(zhǔn)、夜視、通信等方面，砷化鎵器件都起了關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)在各發(fā)達(dá)國家都在研究供軍事用的砷化鎵材料與器件。1、GaAs的發(fā)展歷程——應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)前第10頁\共有25頁\編于星期日\10點當(dāng)前第11頁\共有25頁\編于星期日\10點多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括III-V族化合物（GaAs,InP等）、Ⅱ－Ⅵ族化合物（CdTe系)、和磷化鋅及銅銦硒(CuIn(S/Se)2,簡稱CIS)薄膜電池等.2、GaAs材料的性質(zhì)當(dāng)前第12頁\共有25頁\編于星期日\10點GaAs屬于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，分子量144.63，熔點1238℃，黑灰色固體，它在600℃以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不為非氧化性的酸侵蝕。2、GaAs材料的性質(zhì)當(dāng)前第13頁\共有25頁\編于星期日\10點晶體結(jié)構(gòu)：GaAs材料的晶體結(jié)構(gòu)屬于閃鋅礦型晶格結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)鍵：四面體鍵，鍵角為109’28’，主要為共價成分。由于鎵、砷原子不同，吸引電子的能力不同，共價鍵傾向砷原子，具有負(fù)電性，導(dǎo)致Ga-As鍵具有一定的離子特性，使得砷化鎵材料具有獨特的性質(zhì)。2、GaAs材料的性質(zhì)當(dāng)前第14頁\共有25頁\編于星期日\10點

大多數(shù)Ⅲ一V族化合物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)是閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)，這種晶體結(jié)構(gòu)與金剛石型很相似，也是由兩套面心立方格子沿體對角線移動1/4長度套構(gòu)而成，不過金剛石這兩套格子的原子是相同的，而閃鋅礦型則一套是Ⅲ族原子，另一套是V族原子。2、GaAs材料的性質(zhì)當(dāng)前第15頁\共有25頁\編于星期日\10點Ga分布于晶胞之角頂及所有面的中心。As位于晶胞所分成的八個小立方體中的四個小立方體的中心。當(dāng)前第16頁\共有25頁\編于星期日\10點小結(jié)1、GaAs屬于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料。2、GaAs材料的晶體結(jié)構(gòu)屬于閃鋅礦型晶格結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第17頁\共有25頁\編于星期日\10點

高的能量轉(zhuǎn)換效率：直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)，GaAs的帶隙為1.42eV，處于太陽電池材料所要求的最佳帶隙寬度范圍；電子遷移率高；易于制成非摻雜的半絕緣體單晶材料，其電阻率可達(dá)108

兆歐以上；具有良好的抗輻射能力：由于III-V族化合物是直接帶隙，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度較短，且抗輻射性能好，更適合空間能源領(lǐng)域；溫度系數(shù)?。耗茉谳^高的溫度下正常工作。3、GaAs太陽電池的特點——優(yōu)點當(dāng)前第18頁\共有25頁\編于星期日\10點資源稀缺，價格昂貴，約Si材料的10倍；污染環(huán)境，砷化物有毒物質(zhì)，對環(huán)境會造成污染；機械強度較弱，易碎；制備困難，砷化鎵在一定條件下容易分解，而且砷材料是一種易揮發(fā)性物質(zhì)，在其制備過程中，要保證嚴(yán)格的化學(xué)計量比是一件困難的事。材料密度大，GaAs材料密度為5.32g/cm3，是Si材料密度的2倍多3、GaAs太陽電池的特點——缺點當(dāng)前第19頁\共有25頁\編于星期日\10點

GaAs具有直接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)，帶隙寬度為1.42ev，作為太陽電池材料，GaAs具有良好的光吸收系數(shù)。當(dāng)前第20頁\共有25頁\編于星期日\10點在波長0.85μm以下，GaAs的光吸收系數(shù)急劇升高，達(dá)到104/cm2，比硅材料要高1個數(shù)量級，而這正是太陽光譜中最強的部分。因此，對于GaAs太陽電池而言，只要厚度達(dá)到3μm，就可以吸收太陽光譜中的95%的能量。當(dāng)前第21頁\共有25頁\編于星期日\10點總結(jié)1、GaAs的發(fā)展歷程2、GaAs的材料性質(zhì)GaAs屬于（）化合物半導(dǎo)體材料。Ⅲ-Ⅴ族當(dāng)前第22頁\共有25頁\編于星期日\10點總結(jié)1、GaAs的發(fā)展歷程2、GaAs的材料性質(zhì)GaAs屬于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料。GaAs材料的晶體結(jié)構(gòu)屬于（）晶格結(jié)構(gòu)。閃鋅礦型當(dāng)前第23頁\共有25頁\編于星期日\10點總結(jié)3、GaAs太陽電池的優(yōu)缺點——優(yōu)點電子遷移率高；易于制成非摻雜的半絕緣體單晶材料，其電阻率可達(dá)108

兆歐以上；具有良好的抗輻射能力：由于III-V族化合物是直接帶隙，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度較短，且抗輻射性能好，更適合空間能源領(lǐng)域；溫度系數(shù)?。耗茉谳^高的溫度下正常工作。高的能量轉(zhuǎn)換效率：GaAs具有（）帶隙能帶結(jié)構(gòu)，GaAs的帶隙為（

），處于太陽電池材料所要求的最佳帶隙寬度范圍；直接/間接1.42eV/4.56EV直接1.42eV當(dāng)前第24頁\共有25頁\編于星期日\