- 文献综述（或调研报告）：
1 引言
热光伏技术(TPV)是将高温热源中的红外辐射能通过半导体p-n结直接转换成电能的技术。早在1956年，美国麻省理工大学林肯实验室的H. H. Ko lm[1]就构造了一个初步的TPV系统，采用硅电池作为光电转换器并推断出系统输出功率达到1 W。直到上世纪90年代，随着低禁带的Ⅲ-Ⅴ族化合物（一种高效转换器材料）的出现，TPV的优越性得到了证实，并开始受到人们的广泛关注[2]。介于TPV系统具有较高的能量输出密度及理论效率，可使用多种燃料，具有便携、无移动部件、污染小及可同时产生电能和热能等优点，热光伏系统的应用前景很被看好。热光伏电池是热光伏系统的主要组成部件，本文将对热光伏电池的研究进展进行简要评述。
2 热光伏电池的工作原理
热光伏电池是TPV（热光伏）系统的核心部件，它的原理是利用红外光电器件将热辐射能转换为电能，其效率高低直接影响着系统的效率[3]。由于热辐射器的典型温度为1000~1500℃，辐射光子能量主要处于红外光谱范围，这就要求与之相匹配的热光伏电池的禁带宽度相对较窄。目前，重点研究的热光伏电池是采用Si，Ge，Ⅲ-Ⅴ族直接带隙半导体以及量子阱等材料与结构制作而成。
3 不同类型的热光伏电池
3.1 Si光伏电池
Si是典型的光伏材料，在1个太阳光照射条件下，Si p-n结太阳电池的理想转换效率接近30%[4]。由Si材料制备的热光伏电池具有耐高温的特点，因此可以把它放置在离热辐射器较近的位置。最早的热光伏系统中的电池也是用Si材料制作的，但是由于它的禁带宽度为1.12eV，不能很好地和热辐射器光谱匹配，因此选用Yb2O3作选择辐射器可以较好地解决这个问题[5]。使用Yb2O3作选择辐射器Si作光电池的系统有几点要求：1）选择辐射能量在1.05~1.27eV可调，这是因为禁带宽度在1.1~1.5eV的半导体材料正好处在最佳的光谱吸收范围；2）是应该尽量减小外部反射；3）是应尽量减小背表面复合；4）是辐射密度至少是太阳辐射的5倍，而且串联电阻要足够小。
Bitnar等人[6]用Yb2O3作选择性辐射器，以石英做滤波器和采用Si光伏电池设计制作了热光伏系统。室温下测得短路电流密度为171mA/cm2，开路电压为0.738V，输出功率密度为81.2mW/cm2，系统效率为2.4%。Qiu等人[7]把多孔结构的Yb2O3应用于辐射器并与聚光Si太阳电池阵组成TPV系统。由于多孔结构可以使燃料和空气按照预期比例混合，从而提高燃烧效率，进而大幅提高辐射功率密度，短路电流会随着辐射功率密度的增加而大幅度增加。当燃烧空气被预热到550℃时，Si电池阵列能够产生200mW/cm2的功率。
3.2 GaSb电池
GaSb是一种重要的Ⅲ－Ⅴ族二元系化合物半导体材料，它的禁带宽度约为0.72eV，与多种辐射体的光谱配合较好。由于ｐ型GaSb表面载流子复合速率较低，人们大多采取在n型GaSb表面扩散p型杂质的方法制备同质结GaSb电池，采用这种方法制备的电池具有很高的量子效率。近年来，随着GaSb研究的深入，Zn扩散方法凭借其工艺简单、价格低廉的特点而成为主流，并应用于商业化生产。
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