通信卫星的太阳电池板——化合物半导体太阳电池

在种类繁多的化合物半导体材料中， 不乏兼备优良光电特性、高稳定性、宜于加工制造的太阳能电池材料。化合物可构成同质结太阳能电池、异质结太阳能电池和肖特基结太阳能电池。它既可制成高效或超高效太阳能电池，又可制成低成本大面积薄膜太阳能电池，从而拓宽了光电材料的研究范围， 也极大地丰富了太阳能电池家族。

在化合物半导体太阳电池中，目前研究应用较多的有CaAs、InP、CuInSe2和CdTe太阳电池。 世界上光电转换效率最高的是化合物半导体太阳能电池 (如砷化镓太阳能电池效率η=24%～28%)，或者是以化合物作为重要组分的太阳能电池 (如砷化镓和硅叠合聚光太阳能电池效率η=32%～37%，薄膜硒铟铜/非晶硅太阳能电池效率η=14%～17%)。由于化合物半导体或多或少有毒性，容易造成环境污染，因此产量少，常常使用在一些特殊场合。

砷化钾（GaAs）太阳电池可以得到较高的效率 ，实验室最高效率已达到24%以上，一般航天用的太阳电池效率也在18%～19.5%之间。砷化钾太阳电池目前大多用液相外延方法或金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备，因此成本高、产量受到限制，降低成本和提高生产效率已成为研究重点。砷化钾太阳电池目前主要用在航天器上。

现在，硅单晶片制备技术成熟，成本低，因此以硅片为衬底，以MOCVD技术用异质外延方法制造GaAs太阳电池降低GaAs太阳电池成本的很有希望的办法。目前，这种电池的效率也已达到20%以上。但GaAs和Si晶体的晶格常数相关较大，在进行导质外延生长时，外延层晶格失配严重，难以获得优质外延层。 为此常Si衬底上首先生长一层晶格常数与GaAs 相差较少的Ge 晶体作为过渡层，然后再生长GaAs外延层，这种Si/Ge/GaAs结构的异质外延电池正在不断发展中。控制各层厚度，适当变化结构，可使太阳光中各种波长的光子能量都得到有效利用，目前以GaAs为基的多层结构太阳电池的效率已接近40%。

通信卫星通常采用太阳电池方阵给各系统供电，并为蓄电池充电，在星食期间，蓄电池给卫星供电。过去，太阳电池方阵广泛采用硅光电池。目前较先进的硅光电池转换效率可达15％，但这种电池已不能满足大型平台的要求，现在正在发展和使用砷化钾太阳电池。目前单结砷化钾太阳电池转换效率一般达18％，双结砷化钾太阳电池可达21～23％。这种电池不仅效率高，而且耐高温，耐空间辐射。现在正在研制多结砷化钾太阳电池，其转换效率可望达到30％以上。