GaAs太阳能电池李永富太阳光辐射主要是以可见光为中心，分布于0.3微米至几微米光谱范围，对应光子能量0.4eV~4eV之间，总体来说，理想太阳能电池材料需要具备：?能带在1.1eV~1.7eV之间(对应光波长范围0.73~1.13μm)?直接能带半导体?组成材料无毒性?可利用薄膜沉积技术且可大面积制备?有良好的光电转换效率?具有长期稳定性GaAs是典型的III-V族化合物半导体材料，具有直接能带隙，带隙宽度为1.42eV（300K），可以良好的吸收太阳光，因此，是很理想的太阳能电池材料。GaAs材料的主要特点：?光吸收系数高。GaAs太阳能电池的有源区厚度多选取5um左右，就可以吸收95%的太阳光谱中最强的部分。?带隙宽度与太阳光谱匹配。GaAs的带隙宽度正好位于最佳太阳电池材料所需要的能隙范围，具有更高的理论转换效率。?耐高温性能好。GaAs太阳能电池效率随温度升高降低比较缓慢，可以工作在更高的温度范围。?抗辐照性能强。GaAs是直接带隙材料，少数载流子寿命较短，在离结几个扩散度外产生损伤，对光电流和暗电流均无影响，因此，GaAs太阳能电池具有较好的抗辐照性能。?多结叠层太阳电池的材料。由于III-V族三、四元化合物（GaInP、AlGaInP、GaInAs等）半导体材料生长技术日益成熟，使电池的设计更为灵活，从而大幅度提高太阳电池的效率并降低成本。GaAs基太阳能电池基本上可分为单结和多结叠层式太阳能电池两类，如图1所示。对于单结GaAs太阳能电池，根据其生长方式的不同又可以分为LPEGaAs及MOVPEGaAs太阳能电池，衬底可选用GaAs或Ge，不过GaAs是直接带隙材料，光吸收系数大，有源层厚度只需3微米左右，所以原则上在生长好GaAs电池后，可以选择把衬底完全腐蚀掉，只剩下5微米左右的有源层，从而制成超薄GaAs电池，这样就可以获得很高的单位质量比功率输出。目前超薄(UT)GaAs电池的比功率可达670W/kg，而100微米高效Si电池的比功率仅为330W/kg。，为提27%但是，无论如何，单结也只能吸收和转换特定波长范围内的太阳光，其理论效率也只有．可以将太阳光光谱分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料高能量转换效率，做成电池，并按带隙的不同从大到小的顺序从上到下叠合起来，选择性吸收和转换太阳光光谱的不同子区域，这就有可能最大限度地将光能变成电能，这样的电池结构就是叠层电池。1GaAs基太阳能电池分类图)(和单片式多结电池右(图2机械叠层式多结电池左)所示。一种是机械堆叠法，先制备出两个独2叠层太阳能电池的制备可以通过两种方式得到，图立的太阳能电池，一个是高带宽的，一个则是低带宽的，然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面，这种方式需要分别制备多个子电池，然后再进行堆叠，体积受到限制，但是无需进行电流匹配，也不再在第一层电池另一种是单片式多结电池，；先制备出一个完整的太阳能电池，再需要考虑晶格匹配上生长或直接沉积在第一层电池上面，这种电池结构紧凑，便于集成，但是对衬底材料质量要求高，且必须要考虑各外延层的晶格失配问题。多结GaAs太阳能电池技术已经成为国内外研究的主流，2009年，比利时IMEC展示了其最新的机械叠层GaAs/Ge多结太阳能电池，据称其机械叠层的GaAs/Ge多结太阳能电池转换率直指40%以上，电池制备过程中，首先制造锗电池以及单独的引出端，然后将GaAs子电池集成在该锗电池之上，各自分离的引出端可以用来单独提取某个子电池的电流，降低了对电流匹配的需求，由于不同材料并非依次生长在底层材料之上，因此也无需进行晶格匹配。目前对于这种机械叠层多结太阳能电池的研究还较少，主要还是采用单片叠层式，如德国Azurspace公司已经具有了单片式GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池的批量生产能力，产品级别(27%，28%，30%)，产品采用Ge衬底。美国Spectralab及Emcore等公司的三结GaInP/GaAs/Ge也具有了批量生产能力。其部分最新产品的参数如表1所示[各公司网站产品]。表1.美国Spectralab、Emcore公司及德国Azurspace公司三结GaInP/GaAs/Ge太阳能电池相关参数[注]GaInP为三元化合物GaInP的简称0.490.512厂商名称产品规格寿命寿命初期末期转换转换效率效率GaInP/GaAs/Ge2Spectralab26.8%22.5%TripleImprovedJunction/GaAs/GeGaInP228.3%...