美國(guó)可再生能源研究室：新技術(shù)可降低砷化鎵電池的生產(chǎn)成本

:美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了一種新工藝，可降低高效但昂貴的砷化鎵電池的生產(chǎn)成本。

太平洋兩岸的太陽能研究人員都將眼光投向太空，以尋求更理想的太陽能電池制造方式。在分別發(fā)布的兩則消息中，中國(guó)組件制造商晶科太陽能和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）不約而同地探索在太空當(dāng)中的光伏生產(chǎn)技術(shù)，以便提高地球上的太陽能發(fā)電效率。 在NREL，研究人員聲稱在III-V電池技術(shù)方面取得了突破，他們表示這種高效但非常昂貴的電池的成本是可以顯著降低的。這個(gè)團(tuán)隊(duì)透露，他們已經(jīng)在氫化物氣相外延反應(yīng)器中生長(zhǎng)出磷化鋁銦（AlInP）和磷化鋁鎵銦（AlGaInP）。

III-V型太陽能電池得名于這些材料在元素周期表中的族系位置，通常用于比如為衛(wèi)星或火星探測(cè)器供電等太空應(yīng)用。它們比地球上使用的基于硅晶片的電池更高效，但價(jià)格卻非常昂貴。

外延法的成本問題

生產(chǎn)成本主要來自于每個(gè)電池兩小時(shí)的金屬有機(jī)氣相外延（MOVPE）生產(chǎn)過程。這個(gè)過程涉及在單腔室中將幾種化學(xué)蒸汽沉積在基板上。

NREL提出了一種借助動(dòng)態(tài)氫化物氣相外延（D-HVPE）工藝的分部式解決方案，將所需時(shí)間縮短到每個(gè)電池不到一分鐘。然而由于不能摻入鋁元素層意味著電池效率下降。 通過D-HVPE技術(shù)，NREL能夠使用砷化鎵（GaAs）和磷化銦鎵（GaInP）來制造太陽能電池——將后者作為“窗口層”來鈍化正面，同時(shí)允許光穿過砷化鎵吸收層。但是，磷化銦鎵層不像可以在MOVPE反應(yīng)器中輕松生長(zhǎng)的磷化鋁銦層那樣透明。

采用磷化鋁銦窗口層，用MOVPE方法生長(zhǎng)的砷化鎵太陽能電池的世界效率記錄現(xiàn)為29.1%。而采用磷化銦鎵的替代方案，通過HVPE生長(zhǎng)的太陽能電池的最大效率估計(jì)能達(dá)到27%。

各自取得進(jìn)展

NREL材料應(yīng)用與性能中心的科學(xué)家，重點(diǎn)關(guān)注這項(xiàng)新研究的論文主要作者Kevin Schulte表示：“有大量文獻(xiàn)表明，我們永遠(yuǎn)無法利用氫化物氣相外延技術(shù)生長(zhǎng)這些化合物。這是很多III-V企業(yè)采用[MOVPE]的原因之一，它才是占主導(dǎo)地位的III-V生長(zhǎng)技術(shù)?！盨chulte在談到這一最新進(jìn)展時(shí)補(bǔ)充說：“這項(xiàng)創(chuàng)新會(huì)改變一切?！?NREL團(tuán)隊(duì)表示，他們一直在通過技術(shù)逐步進(jìn)步來改善砷化鎵電池的經(jīng)濟(jì)性。首先，D-HVPE工藝降低了成本，現(xiàn)在鋁層生長(zhǎng)意味著效率的提高。科學(xué)家認(rèn)為，通過將鋁添加到D-HVPE混合物中，他們應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)與MOVPE太陽能電池同等的效率水平。

去年，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用D-HVPE技術(shù)生產(chǎn)出效率達(dá)25.3%的砷化鎵電池。NREL戰(zhàn)略能源分析中心技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析小組的成員Kelsey Horowitz認(rèn)為，借助一些調(diào)整，大規(guī)模制造的D-HVPE電池可以實(shí)現(xiàn)0.20-0.80美元/瓦的電力成本。他還表示諸如電動(dòng)汽車集成、強(qiáng)度不足以支持硅光伏陣列的屋頂系統(tǒng)，以及便攜式或可穿戴式太陽能電池板等應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)這一成本水平。她表示：“可以容忍更高價(jià)格的中間市場(chǎng)是存在的。”

NREL國(guó)家光伏中心的高級(jí)科學(xué)家Aaron Ptak主張：“HVPE技術(shù)是一種更便宜的工藝?，F(xiàn)在我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與其他方法一樣能實(shí)現(xiàn)相同效率，但是更便宜的技術(shù)。以前我們雖然價(jià)格更低，但效率卻無法相比。如今我們終于有可能實(shí)現(xiàn)同樣的效率，但造價(jià)更低廉。”

原標(biāo)題:期待來自太空的太陽能電池