سلول خورشیدی آرسنید گالیم

آرسنید گالیم (GaAs) گالیم یک نیمه هادی است که ترکیب ، ترکیبی از دو عنصر (گالیم) و آرسنی گالیم است توسط محصول ذوب فلزات دیگر ، به ویژه آلومینیوم و روی ، و نادر است ، نادرتر از طلا ، در واقع. . آرسنیک نادر است اما سمی است.  . آرسنید گالیم برای سلول های خورشیدی در حال توسعه شده است   آرسنید گالیم برای - دیودهای نوری ، لیزر ، وسایل دیگرمورد استفاده قرار می گیرد. 

تک بلوری سیلیکون و تک بلور GaAs شده اند سلول های در حال اجرا پهلو به پهلو در مسابقه به راندمان سلولهای دستگاه ، بالاترین در 1989 سلول های سیلیکونی آزمایشی نور خورشید رسیده از بازده حدود 23 ٪ ؛ سلول GaAs آزمایشی رسید راندمان تقریبا 26 زیر نور  ٪ و 29 ٪ تحت نور متمرکز شده است. سلولها در تولید تجاری می تواند به طور متوسط به بالا به صورت 20 درصد کارآمد می باشد. . این 1987 بود این نوع سلولی که در پیگیری پرونده مخربی عملکرد جنرال موتورز Sunraycer در ماشین چالش خورشیدی نژاد در سراسر استرالیا. بازدهی بالا و مقاومت در برابر آنها خود را به تابش همچنین فضاپیما ساخته شده GaAs سلول های مورد علاقه های شما برای تأمین انرژی ماهواره های دیگر و.

Properties of Gallium Arsenide خواص گالیم آرسنید

 آرسنید گالیم بسیار مناسب برای استفاده در بالا کارایی سلول های خورشیدی به چند دلیل :  

•  آرسنید گالیم است absorptivity بالا و نیاز به یک سلول تنها چند میکرون ضخامت برای جذب نور خورشید.  (سیلیکون کریستالی نیاز سلول 100 میکرون یا بیشتر در ضخامت).
•  بر خلاف سلول های سیلیکون ، سلولها GaAs نسبتا غیر حساس به گرما (درجه حرارت سلول اغلب بسیار زیاد ، بخصوص برای برنامه های کاربردی متمرکز.)
• . آلیاژهای گالیم آرسنید ساخته شده با استفاده از آلومینیوم ، فسفر ، آنتیموان یا ایندیم دارای ویژگی مکمل برای آن آرسنید گالیم ، اجازه انعطاف پذیری زیادی در بازده سلول طراحی بالا می شود.
• . آرسنید گالیم بسیار مقاوم در برابر اشعه آسیب. این نکته ، همراه با راندمان بالا ، باعث GaAs برنامه های کاربردی بسیار مطلوب برای outerspace.  

• شکاف باند سلولها 1.43 eV ، نزدیک به ایده آل برای تک خورشیدی اتصال.

 . در سلول های سیلیکون ، تقاطع امیدوار است dopant تشکیل درمان بالا از نوع سیلیکون فسفر ویفر با ازت نوع. . این فرایند می کند arserude گالیم نه با کار.  در عوض ، تمام بخش های فعال از سلولهای خورشیدی GaAs هستند سوبسترا در حال رشد ساخته شده توسط سلسله ای از singlecrystal نازک ، لایه ها در  . همانطور که هر لایه است که رشد کرده است ، عملکرد doped مختلف در راه به شکل امیدوار و اتصال به دیگر جنبه های کنترل سلول.

(MBE) لایه می باشد) رشد از طریق یکی از محبوب دو روش پرتو مولکولی : epitaxy (MBE) و یا فلزی آلی رسوب شیمیایی بخار . در MBE ، ویفر بستر گرم می باشد تماس با اتم گالیم آرسنیک و متراکم که در تاریخ ویفر در معرض گاز فاز و رشد فیلم نازک . در MOCVD ، بستر گرم بستر است در معرض گاز فاز مولکول های آلی که حاوی گالیوم و آرسنیک ، بالا واکنش نشان می دهند که تحت درجه حرارت ، آزاد گالیم آرسنیک و اتمها گرفته تا پایبند به.  . در هر دو این روش ها ، لایه های تک کریستال GaAs رشد epitaxially پیش می رود ، جدید depositedon اتم سوبسترا ادامه همان ساختار بلوری آن شبکه به عنوان بستر ، با اختلالات در چند سفارش اتمی است. نتایج این رشد کنترل شده در درجه بالایی از تبلور مجدد راندمان و در سلول های بالا است.

 . یکی از بزرگترین مزایای آرسنید گالیم و آلیاژهای آن به عنوان مواد سلولی سلولهای ممکن است طیف گسترده ای از گزینه های طراحی. با سلول پایه GaAs می تواند از چندین لایه های مختلف کمی ترکیب اجازه می دهد که سلول طراح برای کنترل تولید و جمع آوری الکترون و حفره. (. (برای رسیدن به چیزی که همان سلول های سیلیکونی تغلیظ شده اند محدود به تغییرات در سطح) این درجه از کنترل سلول را به طراحان اجازه می دهد تا فشار بازده نزدیک و نزدیکتر به سطح نظری است.  . به عنوان مثال ، یکی از رایج ترین سلول ساختارهای GaAs با استفاده از پنجره لایه نازک گالیم آرسنید بسیار از آلومینیوم. . ابعاد نازک لایه اجازه می دهد تا هزینه حمل به محل اتصال نزدیک به ایجاد میدان الکتریکی در.

Lowering the Cost of Gallium Arsenide Cells پایین آوردن هزینه آرسنید گالیم سلول

 بزرگترین مانع برای موفقیت سلول GaAs برای استفاده زمینی است هزینه ی purportedly از بلور GaAs تک بستر ، در برآورد به اندازه 10،000 $ در هر متر مربع است.  , اگر چه این صداها دشوار ، آن وضعیت ساده گیری از.

  اول ، کسی می سازد متر مربع آرسنید گالیم singlecrystal ؛ 10،000 دلار هزینه پیش بینی شده است بسترهای از آن بسیار کوچکتر از.

. دوم ، سلول های سیستم GaAs هستند استفاده می شود در درجه اول متمرکز در ایران. سلول نمونه متمرکز شده است در حدود 0.25 cm2 در منطقه و می تواند غلظت کافی تولید قدرت و تحت. . بنابراین ، در 10.000 $ در هر متر مربع ، سوبسترا برای سلول GaAs معمولی هزینه در مورد 25Q. . این هزینه کم است به اندازه کافی به سلولهای GaAs رقابتی ، فرض کنید که بازده ماژول می تواند برسد که بین 25 ٪ و 30 ٪ درجه و هزینه بقیه سیستم را می توان کاهش داد.

. محققان بررسی دو رویکرد به کاهش هزینه های دستگاه های  . روش اول برای ساخت سلول های GaAs در بسترهای ارزان تر مانند سیلیکون یا ژرمانیم ، و نه در تاریخ گران تر GaAs سوبستراهایی. . دیگر این است که رشد سلول های GaAs در GaAs بستر متحرک است که می تواند مورد استفاده مجدد قرار به تولید سلول های دیگر.

. با کیفیت خوب رو به رشد بلورهای GaAs برای سلول های خورشیدی نیاز به بستر با ساختار بلوری است که مطابق از آرسنید گالیم و با حرارتی خواص مشابه ، یعنی ، میزان انبساط و انقباض است که رخ می دهد با درجه حرارت. . به طور طبیعی ، آرسنید گالیم بهترین آثار خود را به عنوان سوبسترا. . اما سیلیکون و ژرمانیم نیز قابل استفاده می باشد.  . این مواد را ارزانتر و بادوام تر از بسترهای آرسنید گالیم.  GaAs crystal. اما عدم تطابق اندکی در ساختار بلور بین سی و یا جنرال الکتریک و GaAs علل ناتمامی در بلور GaAs حال رشد است.   . یک راه برای این مشکل این است که به رشد نسبتا ضخیم لایه بافر از آرسنید گالیم بین سیلیکون و فعال سلول GaAs ؛ لایه بافر و سپس جذب بسیاری از عیوب در ساختار بلوری. . روش دیگر برای درمان سلول ها با هیدروژن ، ما به عنوان درمان سیلیکن نیمه بلورین ، کاهش می دهد که اثر ناتمامی.

. 

  بالاترین بازده را از سلول های سی - GaAs به دست آمده در سال 1989 بیش از 22 ٪. . آزمایشگاه چند در حال تلاش برای بهبود درک ما از GaAs - سی مواد سیستم را ، از GaAs - بر روی سی تبدیل شده است به طور فزاینده مهم نه تنها برای سلول های خورشیدی ، بلکه برای highspeed میکرو الکترونیک ، قطعات نمونه ای دیگر از انتقال متقابل دانش بین photovoltaic و تحقیقات نیمه هادی.

 در یکی دیگر از تلاش برای کاهش هزینه ها ، 1 ایالات متحده شرکت در حال رشد است فیلم های نازک کریستال گالیم آرسنید - تک بر روی ضخیم ، بسترهای قابل استفاده مجدد از مواد مشابه دارد. ; and lms. این فیلم های نازک پوست کنده و سپس می تواند خاموش بماند و با آن تلفیق در سلولهای دستگاه و سوبسترا مورد استفاده قرار گیرد و سپس می تواند به رشد چند فیلم نازک.   سلول ساخته شده از این فرایند ، که می تواند بازده ٪ تحویل در حدود 24 ، ٪ 20 استفاده شد تا تجربی تخت ماژول در صفحه ثبت بازده - بزرگتر ازآن خواهد بود.