國內自主開發太空用太陽能電池元件

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更新時間：2022-10-07 08:30

【技術簡介】
國原院高效率太空用太陽能電池的主要材料為III-V族化合物，在III-V族材料的磊晶技術中，最成熟也最普遍的製作方式為有機金屬化學氣相沉積法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)，所內採用Aixtron公司所製造的商用量產機台，其型號為AIX2800 G4，參考圖1所示。

AIX2800 G4機台實體圖

圖1. AIX2800 G4太陽能電池磊晶系統

於磊晶腔體內放置4吋鍺基板，在基板上方完成III-V族化合物磊晶，後續採用微影蝕刻製程製作表面電極，最終形成三接面太陽能電池元件，請參考圖2。透過多層電池的堆疊串聯，可提升電池單位面積下之輸出功率，於人造衛星應用上可具有精簡化與輕量化的優勢。

4吋晶圓之太空用太陽電池元件

圖2. 4吋晶圓之太空用太陽能電池元件

三接面太陽能電池之磊晶結構設計須顧及上部與中間子電池之電流匹配，而對於元件製程段來說，則是金屬與半導體間要有良好的歐姆接觸，才能降低電池元件之內部阻抗，避免電子−電洞對在傳輸到外部電極的過程中產生不必要的損耗。優化金屬歐姆接觸層的磊晶條件、調整金屬電極厚度以及回火條件來降低元件之內部阻抗，都是提升電池轉換效率之關鍵。

【計畫規劃/技術應用】
不同於一般地面型太陽能電池，國原院技術團隊開發之三接面太空用太陽能電池具有高效率、輕量化及高抗輻射之優勢，目前實驗型最佳效率可達30.77%，量產型電池元件(面積4×8 cm²)效率亦達到29.1%，已具國際商售太空電池水準。另電池元件依循ECSS-E-ST-20-08C國際規範進行輻射耐久度驗證，確保電池於執行衛星任務可保有優異之性能，後續將有機會配置於福衛八號，成為首次進入實際太空環境驗證之國內自製太陽能電池。
核研所量產型太空電池元件及其電性曲線圖

圖3. 國原院量產型太空電池元件及其電性曲線圖

【未來佈局】
國原院自製之高效率太空用太陽能電池於環境測試驗證通過後，即可裝備於國產人造衛星之電力管理系統。另外將延續拓展III-V族半導體磊晶技術，藉其材料之高抗輻射、高電子遷移率、高崩潰電壓等特性應用於人造衛星所需之通訊元件、功率元件，提升人造衛星電子元件之壽命及太空產業關鍵組件之自製率，達成技術自主化目標。

【連絡資訊】
姓名：施圳豪
電話：03-4711400分機7517
E-mail：shihzunhao@nari.org.tw