Utangulizi

Kadiri safari za anga za kibiashara zinavyoendelea kukua, vyombo vya anga vinahitaji nguvu zaidi za umeme. Photovoltaic angani hutumika kama chanzo kikuu cha nguvu kwa vyombo vingi vya anga, kwa hivyo uchaguzi wa teknolojia ya seli za jua huathiri moja kwa moja mafanikio ya misheni, gharama yake, na ushindani wake sokoni.

Hivi sasa, kuna mwelekeo mikuu mitatu ya teknolojia: gallium arsenide (GaAs), heterojunction ya aina-p (HJT), na seli za tandem za HJT/perovskite za aina-p. Kwa kuangalia mwelekeo wa teknolojia na uwezo wake wa muda mrefu, na kuchunguza faida na hasara kuu za kila njia, GaAs bado inaongoza. Licha ya changamoto za gharama, utendaji wake wa jumla usio na kifani, kuegemea kuthibitishwa katika mazingira magumu, na nafasi kubwa ya kupunguza gharama hufanya GaAs kuwa chaguo bora kwa misheni za anga za kibiashara zenye thamani kubwa na kuegemea juu sasa na kwa miaka 3-5 ijayo.

Faida za Seli za GaAs Zenye Makutano Matatu

Ufanisi wa juu

Pengo la bendi la GaAs (1.42 eV) liko katika kiwango bora cha kinadharia. Zaidi ya hayo, seli zenye makutano mengi huweka tabaka za GaInP, GaAs, na Ge ambazo hunyonya fotoni za nishati ya juu, kati, na chini mtawalia, ambayo hupanua sana wigo wanaoweza kutumia. Seli za hivi karibuni za GaAs zenye makutano matatu kwa photovoltaic angani sasa zinafikia ufanisi wa ubadilishaji nguvu zaidi ya 30%.

Kuegemea juu

Upinzani mkubwa wa mionzi na uthabiti bora wa joto la juu hufanya seli hizi zifae kikamilifu mahitaji makuu ya misheni za hali ya juu na za muda mrefu. Faida ya utendaji inatosha kufidia gharama ya juu.

Teknolojia iliyokomaa na rekodi ndefu ya utendaji angani

Mnamo mwaka 1965, satelaiti ya zamani ya Umoja wa Kisovyeti Venera 3 ikawa ya kwanza kutumia seli za GaAs. Mnamo 1995, satelaiti ya kwanza ya mawasiliano ya kibiashara MEASAT ilitumia GaAs ya makutano moja kama kitengo chake kikuu cha nguvu, na muundo wa safu ya jua ulijenga hifadhidata kamili ikithibitisha kuwa seli za GaAs zinaweza kukidhi mahitaji ya nguvu ya mzunguko mzima wa maisha ya chombo cha anga. Kuanzia hapo, seli za GaAs zilibadilisha hatua kwa hatua seli za zamani kama kitengo cha msingi cha kuzalisha nguvu kwenye vyombo vya anga, zikibadilika hatua kwa hatua kutoka miundo ya makutano moja hadi miundo ya makutano mengi.

Kwa Nini Kuunda Kama Muundo wa Makutano Matatu?

Nyenzo yoyote ya semiconductor inaweza tu kunyonya kwa ufanisi fotoni zenye nishati kubwa kuliko pengo lake la bendi. Fotoni zenye nishati ndogo sana haziwezi kutumika, wakati fotoni zenye nishati nyingi hupoteza ziada kama joto (hasara ya joto). Pengo la bendi la seli ya makutano moja haliwezi kulingana kikamilifu na wigo wa jua. Chukua mfano wa seli ya silicon ya makutano moja: inaweza kunyonya fotoni katika safu ya 0.3-1.1 μm (300 nm-1100 nm), ikifanya kazi hasa katika bendi ya 0.38 μm-0.7 μm. Ndiyo maana seli za silicon za makutano moja zina kikomo cha ufanisi, na kikomo cha kinadharia cha karibu 29.7%.

Seli ya makutano matatu inagawanya kazi kati ya seli tatu ndogo, ikikata wigo wa jua katika sehemu tatu ili kila seli ndogo ifanye kazi katika bendi inayofaa zaidi. Hii inapunguza kwa kasi hasara za joto na hasara za kutolingana kwa wigo. Kwa nadharia, seli za makutano mengi zinaweza kufikia ufanisi wa 50%, juu zaidi kuliko muundo wa makutano moja unaweza kutoa.

Muundo wa Seli ya GaAs ya Makutano Matatu

Seli ya GaAs ya makutano matatu imegawanywa katika sehemu tatu: seli ya juu, seli ya kati, na seli ya chini. Kila sehemu hutumia nyenzo tofauti za msingi (eneo la msingi) na ina jukumu tofauti.

Seli ya juu

Kawaida AlGaInP / GaInP, yenye pengo la bendi karibu 1.8-1.9 eV. Inanyonya hasa fotoni za mawimbi mafupi (ultraviolet, mwanga wa bluu). Seli ya juu inachukua fotoni zenye nishati nyingi na kupunguza hasara za joto.

Seli ya kati

Kawaida InGaAs au GaAs, yenye pengo la bendi karibu 1.42 eV. Inanyonya hasa fotoni za mawimbi ya kati na marefu (mwanga wa kijani, njano, nyekundu). Seli ya kati inashughulikia mawimbi ya kati hadi marefu na inachangia zaidi ya mkondo wa picha.

Seli ya chini

Kawaida Ge, yenye pengo la bendi karibu 0.67 eV. Inanyonya hasa fotoni za mawimbi marefu (karibu-infrared). Seli ya chini inakamata mwanga wa infrared unaopenya sana.

Sasa hebu tupitie kile kila safu inachofanya.

① Safu ya Mawasiliano

Iko moja kwa moja juu ya safu ya nje ya Cap, hii ni safu ya semiconductor ambayo elektrodi ya chuma inagusa moja kwa moja. Kwa kawaida huwa imechangwa kwa kiwango cha juu cha n⁺⁺-GaAs au n⁺⁺-GaInP. Kazi yake kuu ni kupunguza upinzani wa mawasiliano—uchangwaji wa juu husaidia kuunda mawasiliano mazuri ya ohmic na elektrodi ya chuma na kupunguza hasara za umeme. Pia inalinda eneo la kazi, ikitenga elektrodi ya chuma kutoka eneo la kazi nyeti chini yake (safu ya dirisha, emitter, n.k.) ili kuzuia uharibifu wa mchakato.

② Safu ya Cap

Iko juu ya safu ya dirisha na chini ya mipako ya kuzuia kuakisi, iko kati ya filamu ya kuzuia kuakisi na safu ya mawasiliano. Kwa kawaida ni GaAs, ingawa baadhi ya miundo hutumia oksidi za upitishaji uwazi (TCO) kama vile ITO. Jukumu lake kuu ni kusaidia ukusanyaji wa mkondo kama "elektrodi msaidizi," ikifanya kazi na safu ya mawasiliano kukusanya na kuongoza mkondo kwa upande—hasa muhimu kwa miundo ya gridi nyembamba. Unene wake na fahirisi ya kuakisi pia inaweza kubadilishwa ili kushiriki katika muundo wa macho na kutoa athari ya ziada ya kuzuia kuakisi.

③ Safu ya Dirisha

Iko juu ya emitter, kwa kawaida hutengenezwa kwa AlInP, AlGaInP, au AlGaAs. Jukumu lake kuu ni kupunguza muunganiko wa uso: asili ya nyenzo yenye pengo pana la bendi inamaanisha inachukua mwanga kidogo, na inaunda makutano ya juu-chini ambayo husukuma wabebaji wa picha (elektroni) kuelekea ndani ya emitter, kupunguza hasara za muunganiko kwenye kasoro za uso. Pia hufanya kama "mwavuli," ikilinda eneo la makutano kutokana na uharibifu wakati wa michakato ya baadaye kama uvukizaji wa elektrodi.

④ Emitter

Iko chini ya safu ya dirisha na juu ya base, ikiunda makutano ya PN na base. Kwa kawaida ni N-type GaInP au GaAs. Jukumu lake kuu ni kufanya kazi kama "elektrodi chanya," kukusanya elektroni za picha na kuzipeleka kwenye mzunguko wa nje. Pia inasawazisha ufyonzaji wa mwanga dhidi ya ukusanyaji—kwa urekebishaji makini wa unene na mkusanyiko wa uchangwaji, ina unene wa kutosha kunyonya mwanga wa wimbi fupi lakini si nene sana kiasi kwamba wabebaji wanaungana tena wakati wa usambaaji.

⑤ Base

Iko chini ya emitter na juu ya safu ya BSF, hii ndiyo sehemu kuu ya makutano ya PN. Kwa kawaida ni p-type GaInP au AlGaInP. Kama eneo kuu la ufyonzaji wa mwanga, ndiyo "farasi wa kazi" wa seli ya juu, ikifyonza mwanga mwingi wa wimbi fupi (bluu na urujuanimno), ikizalisha jozi za elektroni-shimo za picha, na kusafirisha kwa ufanisi mashimo ya picha hadi kwenye safu ya BSF ya nyuma au elektrodi.

⑥ Safu ya BSF (Sehemu ya Nyuma ya Shamba)

Iko chini ya msingi na juu ya makutano ya handaki, na kutengeneza makutano ya juu-chini na msingi upande wa nyuma. Nyenzo kwa kawaida ni p-AlGaInP, AlGaAs, na kadhalika yenye pengo pana la bendi. Jukumu lake kuu ni kukandamiza ujumuishaji upya wa wabebaji wa nyuma: safu ya BSF inaunda "kizuizi" nyuma ya msingi ambacho kinazuia mashimo yaliyotokana na mwanga kujumuishwa upya wanaposambaa kuelekea elektrodi ya nyuma, hivyo kuongeza voltage na ufanisi.

⑦ Kiakisi

Iko kati ya seli ya juu na seli ya kati, au kati ya seli ya kati na seli ya chini. Ni Kiakisi cha Bragg Kilichosambazwa (DBR) kilichokuzwa kutoka kwa nyenzo mbadala za fahirisi ya juu na ya chini, kama vile AlAs/AlGaAs au AlInP/AlGaInP. Kazi yake kuu ni kuakisi nyuma mwanga wa urefu wa kati hadi mrefu ambao seli za juu na za kati hazijachukua na unakaribia kutoka, kuruhusu kupita kwa pili kwa ufyonzwaji ili kuinua mkondo wa jumla na ufanisi.

⑧ Makutano ya Handaki

Iko kati ya seli ndogo, imetengenezwa kwa tabaka nyembamba zilizowekwa kwa kiasi kikubwa (kama vile n++GaAs / p++GaAs). Kama "handaki la quantum," inaruhusu wabebaji waliotokana na mwanga kupita kwa ufanisi huku ikiweka kila seli ndogo kwa umeme kwa kujitegemea.

Muundo wa seli ya kati ni sawa na ule wa seli ya juu, tofauti ni nyenzo tu, kwa hivyo hatutarudia hapa. Chini tunaelezea kwa ufupi tofauti za seli ya chini.

⑨ Safu ya Bafa

Imewekwa kati ya seli ya chini na seli ya kati, inasuluhisha tatizo la kutolingana kwa kimiani. Wakati nyenzo ya seli ya chini (kama vile InGaAs) hailingani na kimiani cha nyenzo ya juu (kama vile GaAs), safu ya bafa hutumia muundo wa "graded" au "metamorphic lattice" ili kupunguza mkazo hatua kwa hatua na "kukata" kasoro za kuteleza, kuziweka nje ya eneo amilifu la seli ya chini na hivyo kuboresha utendaji wa seli.

⑩ Msingi wa Seli ya Chini

Iko upande "mnene" wa makutano ya PN ya seli ya chini. Kwa kawaida ni substrate ya p-type Ge. Kazi yake kuu ni kunyonya mwanga wa infrared wa urefu mrefu, ikitumika kama mtendaji mkuu wa kuzalisha wabebaji waliotokana na mwanga katika seli ya chini.

Maelezo Machache

Katika lebo za aina P/N, N++/P++ na alama zinazofanana zinaonyesha uwekaji wa mwanga dhidi ya uwekaji mzito. Muundo wa seli ya Gaas yenye makutano matatu ulioonyeshwa katika makala hii umeacha muundo wa elektrodi, muundo wa safu ya kuzuia uakisi, na kadhalika kwa urahisi.

Marejeleo:

• Seli ya jua yenye makutano matatu yenye kiakisi na mbinu yake ya utengenezaji - 2022-0804

• Kipengele cha jua cha InGaP/InGaAs/Ge chenye muundo wa kupambana na uakisi wa nano na njia ya utengenezaji wake - 2018-0425

• Njia ya kipengele cha jua cha makutano matatu na kipengele cha jua cha makutano matatu - 2020-11-13

Maoni ya Ooitech

Ooitech inaamini: seli za GaAs za makutano matatu, kwa kugawanya wigo wa jua katika seli tatu ndogo, hutoa ufanisi wa juu na uaminifu uliothibitishwa unaozifanya kuwa chaguo bora kwa misheni za nguvu za anga za juu za leo.