4、空间与聚光太阳能电池：GaAs与高效硅电池的发展与突破

空间与聚光太阳能电池：GaAs与高效硅电池的发展与突破

1. III - V族太阳能电池的历史回顾

自1958年春季首批太阳能卫星“先锋1号”和“人造卫星3号”发射以来，太阳能电池成为航天器的主要能源。最初的空间阵列采用单晶硅太阳能电池，效率约为10%。在20世纪60 - 70年代，通过改进硅电池的设计和工艺，如制造对短波长光更敏感的“紫罗兰”电池、形成背表面场、应用光刻技术制作最佳正面栅极指、减少正面表面纹理的光损失以及改进抗反射涂层，硅电池的效率在1个太阳、AM0条件下提高到了14%。在过去二十年中，硅空间电池的效率进一步提高到了18%。这些先进的硅电池适用于对效率和辐射稳定性要求不高的空间任务。

20世纪60年代初，人们发现具有Zn扩散p - n结的GaAs基太阳能电池具有更好的温度稳定性和更高的辐射抗性。1965年11月发射到“热行星”金星的俄罗斯航天器“金星2号”和“金星3号”，首次大规模应用了温度稳定的GaAs太阳能电池，每个电池阵列面积为2平方米。1970年和1972年发射的俄罗斯月球车“月球车1号”和“月球车2号”，配备了4平方米的GaAs太阳能电池阵列，这些阵列在月球照亮表面的工作温度约为130°C，硅基太阳能电池无法在这种条件下有效工作，而GaAs太阳能电池阵列的效率为11%，为月球车的整个寿命期提供了能源。

1970年，首个具有钝化宽带隙窗口的AlGaAs/GaAs太阳能电池诞生。在随后的几十年里，通过对AlGaAs/GaAs异质结构的液相外延（LPE）技术的研究和改进，其AM0效率提高到了18 - 19%。由于AlGaAs/GaAs太阳能电池的高效率和改进的辐射硬度，LPE技术在20世纪70 - 80年代被用于大规模生产航天器用的AlGaAs/GaAs空间