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三结砷化镓太阳电池 能用于新能源电动车吗

来源: admin 发布于:2022-09-23 20:04:33

单结砷化镓薄膜太阳能电池的转化率目前已经达到25%以上,双结可达32%,至于三结如果抛开成本的话,转化率肯定更高,但暂不值得。所以按转化功率来说,汽车的受光面积目前还不注意直接驱动一般家用汽车,若停车蓄满电,加上行车充电的情况是可以的,不过肯定还不能解决中长途行车的需求。深圳中益兴业提供的砷化镓薄膜太阳能电池生产线所生产的产品已经是目前量产转换效率最高的薄膜太阳能电池,产品使用在旅游景点观光车、观光船上较多,还有就是汽车改装辅助电能,例如停车提供音响、小电器、厨具等供电是没问题的。技术在快速发展,新能源汽车上使用先进的太阳能电池是大势所趋了。

能不能给一下这个材料具体一点的信息

砷化镓(英文名称为Gallium arsenide,化学式为GaAs)是镓和砷两种元素所合成的化合物。也是很重要的半导体材料,被用来制作像微波集成电路(例如单晶微波集成电路 MMIC)、红外线发光二极管、雷射二极管和太阳电池等元件。

砷化镓的优点
GaAs拥有一些比Si还要好的电子特性,如高的饱和电子速率及高的电子移动率,使得GaAs可以用在高于250 GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时,GaAs会拥有较少的噪声。也因为GaAs有较高的崩溃电压,所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。因为这些特性,GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。GaAs曾用来做成Gunn diode (中文翻做甘恩二极管或微波二极管) 以发射微波。

GaAs的的另一个优点:它是直接能隙的材料,所以可以用来发光。而Si是间接能隙的材料,只能发射非常微弱的光。(但是,最近的技术已经可以用Si做成LED和运用在雷射。)

因为GaAs的切换速度很快,所以GaAs被认为是电脑应用的理想材料。1980年代时,大家都认为微电子市场的主力将从Si换成GaAs。首先试着要去改变的有超级电脑的供应商Cray电脑公司、Convex电脑公司,Alliant电脑系统公司,这些公司都试着要抢下CMOS微处理器技术的领导地位。Cray公司最后终于在1990年代早期建造了一台GaAs为基础的机器,叫Cray-3。但这项成就还没有被充分地运用,公司就在1995年破产了。

硅的优点
Si比GaAs好,有三个主要理由。第一,Si制程是大量生产且便宜的制程。且Si有较好的物理应力,所以可做成大尺寸的晶圆(现今,Si晶圆直径约为300 mm,而GaAs晶圆最大直径约只有150 mm)。在地球表面上有大量Si的原料:硅酸盐矿。硅工业已发展到规模经济(透过高的产能以降低单位产品的成本)的情形了,更降低了工业界使用GaAs的意愿。

第二个主要的优点是,Si很容易就会变成二氧化硅(在电子元件中,这是一种很好的绝缘体)。二氧化硅可以轻易地被整合到Si电路中,且二氧化硅和Si拥有很好的界面特性。反观,GaAs不能产生一层稳定且附着在GaAs上的绝缘层。

第三,大概也是最重要的Si的优点,是Si拥有高很多的电洞移动率。在需要CMOS逻辑时,高的电洞率可以做成高速的P-通道场效应晶体管。如果需要快速的CMOS结构时,虽然GaAs的电子移动率快,但因为它的功率消耗高,所以使的GaAs电路无法被整合到Si逻辑电路中。

砷化镓的异质结构
因为GaAs和AlAs的晶格常数几乎是一样的,所以可以利用分子束磊晶(molecular beam epitaxy, MBE)或有机金属气相磊晶 (metal-organic vapour phase epitaxy,MOVPE,也称做有机金属化学气相沉积法),在GaAs上轻易地形成异质的结构,如成长砷化铝(AlAs)或砷化铝镓(AlxGa1-xAs)合金。且因为成长出来的层应力很小,所以几乎可以成长任意的厚度。

GaAs的另一个很重要的应用是高效率的太阳电池。1970年时,Zhores Alferov和他的团队在苏联做出第一个GaAs异质结构的太阳电池。 用GaAs、Ge和InGaP三种材料做成的三接面太阳电池,有32%以上的效率,且可以操作在2,000 suns下的光。这种太阳电池曾运用在探测火星表面的机器人:精神号漫游者 (spirit rover) 和机会号漫游者 (opportunity rover)。而且很多太阳电池都是用GaAs来做电池阵列的。

利用Bridgeman技术可以制造出GaAs的单晶,因为GaAs的力学特性,所以用Czochralski法是很难运用在GaAs材料的。但,曾经有人有Czochralski法做出超高纯度的GaAs当做半绝缘体。

安全
GaAs的毒性至今仍没有被很完整的研究。因为它含有As,经研究指出,As是有毒的,As也是一种致癌物质。但,因为GaAs的晶体很稳定,所以如果身体吸收了少量的GaAs,其实是可以忽略的。当要做晶圆抛光制程(磨GaAs晶圆使表面微粒变小)时,表面的区域会和水起反应,释放或分解出少许的As。就环境、健康和安全等方面来看GaAs(就像是三甲基镓 trimethylgallium和As)时,及有机金属前驱物的工业卫生监控研究,都最近指出以上的观点。

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