IMM与多结光伏电池商业化研究取得重要进展

 

美国能源部所属的国家可再生能源实验室(NREL)与北卡罗来纳州的威讯联合半导体公司(RFMD)于2009年签订合作协议，开发NREL发明的倒置变形多结(IMM；Inverted Metamorphic Multi-Junction)光伏电池技术。历经数年研究，RFMD在2011年10月宣布组建IMM商业化推进小组。

NREL向来拥有强大的III-V族多结光伏电池和CPV系统科研实力。发明了第一个多结光伏太阳能电池后，NREL与民营厂商合作开发了符合工业标准的镓铟磷/砷化镓(铟)/锗(GaInP/Ga(In)As/Ge) 技术，并首次向各方太阳能业界展示IMM太阳能电池。

 

原本为了太空应用开发的III-V族多结太阳能电池，与晶硅电池相比，性能大幅提升，对CPV系统来说尤其如此。由于在一个电池内使用三种不同的光伏材料，III-V族电池可从阳光的全系光谱中提取更多的能量，从而让光伏电池产生更高的电压，减少更多热能消耗。因此，III-V族电池转换效率达到了太阳能业界最高水平。IMM技术则使此类电池性能和成本获得进一步突破。据报导，IMM太阳能电池能量转换效率相当高为40.8%，研究表明甚至还有进一步提升空间。

 

RFMD一年前宣布采用公司现有的标准6英寸半导体设备生产出集成砷化镓(GaAs)和磷化镓铟(InGaP)的双结光伏电池，成功实现了IMM技术商业化过程中有重要意义的性能里程碑。双结光伏电池的成功研制为3结IMM结构的开发开创了先机，而最终目的是开发出可以商业化的技术。

 

2011年10月，RFMD宣布组建新的商业集团——化合物半导体集团(Compound Semiconductor Group)，与其旗下的手机产品集团(Cellular Products Group)和多元市场产品集团(Multi-Market Products Group) 并驾齐驱。新集团将“采用业界领先的氮化镓(GaN)和砷化镓(GaAs)技术造出新型高功率高性能产品。”

 

IMM生长系统

 

IMM的能力来自于电池的生长过程——这一技术颠复3结电池的通常顺序，先沈积顶层，最后是底层。与传统光伏电池不同，IMM使用了磷化镓铟和砷化镓铟材料。砷化镓外延片上生成电池后，被翻转安装到金属箔片制成的“把手”上，然后移除基板。NREL的研究人员改进了IMM技术，让中间和底层结点产生变形，即“晶格不匹配”，造成的不均匀的原子间距可提高太阳能转换效率。

 

这项技术的一大优势是昂贵的基板可以重复使用，降低了生产成本。此外，把手材料未必要单晶硅或半导体，具体应用可具体选择，从而让装置轻薄化成为可能。

 

由于磷化镓铟和砷化镓铟将太阳能光谱三等分，便于电池的三个结点吸收，多结太阳能电池的转换效率也远超单结电池。