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
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期:2020-01-14
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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(yáng)能研究人員都將眼光投向太空,以尋求更理想的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(wú)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)。”Schulte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??茖W(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(yáng)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(yáng)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。現(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(wú)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。”