当前位置:首页 > 光伏资讯 > 光伏市场 > 正文

突破不可能!NREL实现低成本砷化镓电池

来源:光伏测试网发布时间:2019-12-23 10:57:07

砷化镓GaAs电池一直被认为效率最高的光伏电池。然而,由于其高昂的制造成本,砷化镓电池只配航天空间站拥有,地面光伏电站从未奢想过。

然而,这个宿命,似乎正在被NREL的科学家打破。根据TestPV对光伏电池前沿技术的关注发现,NREL的科学家最近成功地用一种从未实现过的方法,制造出低成本的砷化镓材料,有望大幅降低其成本,最终实现在地面光伏电站的应用。

III-V族的平民梦想

砷化镓,由于其在元素周期表上的位置而得名为III-V太阳能电池,其超高的光电转化效率让它在空间应用中常用。但对地面电站来说这些元素实在太贵,是太昂贵。一直以来,研究人员都在致力如何开发能降低成本的技术。

降低砷化镓电池的成本,无非两种途径:

1. 通过新工艺降低砷化镓电池的制作成本;

2. 通过新材料提高砷化镓电池的发电效率;

由于在砷化镓中引入铝Al、磷P等元素生长出AlGaAs、AlInP和AlGaInP,可以提高砷化镓电池的发电效率,科学家希望这些元素是降低砷化镓电池成本的好办法。

生长砷化镓等III-V族元素的方法一直以来有HVPE(氢化物气相外延)和MOVPE(金属有机气相外延)两种方法。这两种工艺都涉及到将化学蒸汽沉积到基底上,但MOVPE的优势在于它能够在两种不同的半导体材料之间形成突变的异质界面,而这正是HVPE传统上所面临的难题。

因此,尽管传统的HVPE几十年来一直被认为是电信业生产发光二极管和光电探测器的最佳技术,随着MOVPE的出现,它在20世纪80年代失去了人们的青睐。

而且,NREL材料应用和性能中心的科学家表示:“有大量的文献表明,人们永远无法用HVPE方法生长出AlGaAs、AlInP和AlGaInP这些化合物。”

但使用MOVPE引入铝Al,生长缓慢,制造成本居高不下。

创新改变了一切

一篇“通过氢化物气相外延生长AlGaAs、AlInP和AlGaInP” 的文章发表在ACS应用能源材料杂志上。

NREL首创了一种称为动态氢化物气相外延(D-HVPE)的新生长技术。成功地生产出AlGaAs、AlInP和AlGaInP。

早期的HVPE使用一个单独的腔室,将其中一种化学物质沉积在基底上,D-HVPE依赖于多室反应堆。基板在两个腔室之间来回移动,大大缩短了制作太阳能电池的时间。使用MOVPE制作单结太阳能电池需要一两个小时,而D-HVPE可以在一分钟内完成。

时间就是效率,一分钟完成相对于一两个小时,那是天壤之别,将带来工艺成本的大幅下降,让砷化镓电池成本的平民化看到了希望的曙光。

生产效率≠发电效率

尽管取得了工艺生产效率的进展,但科学家发现,使用D-HVPE生产的含铝砷化镓电池,发电效率却不高,这在很大程度上影响了研究的价值。

因为MOVPE仍然拥有另一个优势:能够沉积宽带隙含铝材料,从而实现最高的太阳能电池效率。MOVPE生长的GaAs太阳能电池目前的世界效率记录是29.1%。

利用D-HVPE,NREL的科学家们能够用砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaInP)制造太阳能电池。在这些电池中,GaInP被用作“窗口层”,它使前表面钝化,并允许阳光照射到GaAs吸收层下面的光子转化为电能。作为窗口层,GaInP必须尽可能透明,以便更多的阳光透射到下面的吸收层。

但GaInP不如MOVPE工艺太阳能电池中使用的磷化铟铝(AlInP)透明。只有GaInP,HVPE生长的太阳能电池的最大效率估计仅为27%。

但由于通常的含铝前载体:一氯化铝的化学性质问题,HVPE工艺连实现这些材料的生长都有困难。如何用D-HVPE生长出需要的透明磷化铟铝(AlInP)呢?

研究人员一直计划在D-HVPE中引入铝,但首先集中精力验证生长技术。科学家终于找到一种方法来生产一种独特的含铝分子,然后可以流入D-HVPE室。

使用三氯化铝发生器,加热到400摄氏度,从固体铝和氯化氢气体中生成三氯化铝。三氯化铝在高压聚乙烯(HVPE)反应器中比一氯化铝更稳定。其他组分 - 氯化镓和氯化铟 - 在800摄氏度下蒸发。这三种元素结合在一起,在650摄氏度的温度下沉积在基底上。

这样,科学家们成功地将铝源集成到他们的氢化物气相外延反应器中,并首次用这种技术展示了半导体磷化铝铟(AlInP)和磷化铝镓铟(AlGaInP)的生长。

科学家们认为,现在他们应该能够达到与通过MOVPE制造的太阳能电池同等的效率水平。

前景展望

NREL国家光伏中心的资深科学家表示:“相对于MOVPE,HVPE工艺是一种更便宜的工艺,D-HVPE也一样”。

除了工艺过程更便宜,生产效率也从1-2小时减少为1分钟,以前,尽管新工艺电池效率不高,但价格便宜。

如今,突破了引入铝元素的瓶颈后,发电效率也能和MOVPE工艺的砷化镓电池一致。

一旦实现了工艺成本、发电效率、生产率的突破,原本只有空间站才能用得起的砷化镓电池就有望实现在地面电站应用的突破,对于光伏行业又将是一场新的革命。

十年后颠覆晶硅?砷化镓+钙钛矿=异质结。目前研究人员仍在试图逐步推进这项技术。

特别声明:
凡本网注明来源: "索比光伏网或索比咨询"的所有作品,均为本网站www.solarbe.com合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。

经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明来源: "索比光伏网或索比咨询"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
推荐新闻
美国可再生能源研究室:新技术可降低砷化镓电池的生产成本

美国可再生能源研究室:新技术可降低砷化镓电池的生产成本

美国国家可再生能源实验室的一个团队提出了一种新工艺,可降低高效但昂贵的砷化镓电池的生产成本。太平洋两岸的太阳能研究人员都将眼光投向太空,以寻求更理想的太阳能电池制造方式。在分别发布的两则消息中,中国组

砷化镓电池太阳能电池光伏成本
2020-01-14
突破不可能!NREL实现低成本砷化镓电池

突破不可能!NREL实现低成本砷化镓电池

砷化镓GaAs电池一直被认为效率最高的光伏电池。然而,由于其高昂的制造成本,砷化镓电池只配航天空间站拥有,地面光伏电站从未奢想过。然而,这个宿命,似乎正在被NREL的科学家打破。根据TestPV对光伏电池前沿技术的

砷化镓电池太阳能电池光伏
2019-12-23
汉能宣布扩大砷化镓电池产能,巩固航空航天高附加值市场领先地位

汉能宣布扩大砷化镓电池产能,巩固航空航天高附加值市场领先地位

日前,汉能旗下美国子公司Alta Devices(阿尔塔设备公司)宣布将扩大砷化镓太阳能电池生产规模,以满足市场对小型卫星(SmallSat)日益增长的巨大需求。

汉能砷化镓电池
2019-08-10
上市公司获3000万片电池大单!

上市公司获3000万片电池大单!

12月18日,中科云网公告,近日,浪潮集团有限公司发布了硅太阳能电池片采购项目三期中标公示,中科云网科技集团股份有限公司成为第一成交候选人并进入公示期。

中科云网太阳能电池
2024-12-21
AM:1.199 V 高开压 倒置钙钛矿太阳能电池中的界面和体积进行有效的靶向调节

AM:1.199 V 高开压 倒置钙钛矿太阳能电池中的界面和体积进行有效的靶向调节

倒置钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的性能和稳定性会受到本体内部和阴极界面问题引起的复合损失、离子迁移和残余应力的不利影响。武汉大学 Jian Zhang,桂林电子科技大学 Jian Zhang,Jian Zhang和Jiang Wang等人使用十二氢-氯唑-十二硼酸阴离子的新型可溶液加工衍生物 ([closo-B 12 H 12] 2−)—(TBA)2[B12H11(OCH2CH2)2OH] (TBA2B)进行简单的后处理—它同时解决了这些问题。在倒置的 PSC 中,TBA2B 的阳离子和阴离子组分通过精

钙钛矿太阳能电池
2024-12-11
润阳建湖16GW N型高效太阳能电池基地复产

润阳建湖16GW N型高效太阳能电池基地复产

12月9日,江苏润阳新能源科技股份有限公司(以下简称润阳股份)建湖16GW N型高效太阳能电池基地正式复工复产。这是继今年10月份云南曲靖基地复产以来,润阳在国内的又一个先进太阳能电池基地全线开工,标志着润阳在稳生产、提质效、引领先进产能发展的道路上迈出坚实步伐。

润阳新能源太阳能电池
2024-12-09
光伏黑马再次拿下电池片订单

光伏黑马再次拿下电池片订单

近日,中科云网发布公告,浪潮集团有限公司发布了硅太阳能电池片采购项目中标公示,中科云网科技集团股份有限公司成为第一成交候选人并进入公示期。

中科云网太阳能电池
2024-11-29
超7000亿千瓦时!国家电投集团年发电量创历史最好水平

超7000亿千瓦时!国家电投集团年发电量创历史最好水平

12月24日,国家电投集团经营管理部传来消息,集团全年发电量7072亿千瓦时,同比增长6.11%,其中清洁能源发电量3832亿千瓦时,占比达54%,全年发电量、清洁能源发电量和清洁能源发电占比均创历史最好水平。

国家电投清洁能源光伏
2024-12-26
三部委:海上光伏不得超出省管海域

三部委:海上光伏不得超出省管海域

12月23日,自然资源部、国家发展和改革委员会、国家林业和草原局公布《关于印发<自然资源要素支撑产业高质量发展指导目录(2024年本)>的通知》,规定适用于开发利用土地、矿产、森林、草原、湿地、海域等自然资源的新建、扩建、改建的建设项目和活动。

海上光伏光伏发电
2024-12-24
河南郑州:对工业企业和工业园区建设的光伏项目、源网荷储一体化等最高不超过1000万元

河南郑州:对工业企业和工业园区建设的光伏项目、源网荷储一体化等最高不超过1000万元

12月11日,郑州市人民政府发布关于印发郑州市支持重点产业链高端化智能化 绿色化改造提升若干政策的通知,通知指出,对工业企业和工业园区建设的光伏发电项目、工业绿色微电网项目、源网荷储一体化项目,按不超过设备投资额的20%给予奖励,最高不超过1000万元(源网荷储一体化项目奖励最高不超过2000万元)。

光伏项目源网荷储一体化项目
2024-12-24
协鑫能科携蚂蚁数科完成国内首单光伏绿色资产RWA

协鑫能科携蚂蚁数科完成国内首单光伏绿色资产RWA

12月23日,绿色能源服务商协鑫能科(002015.SZ)携手蚂蚁数科,成功完成基于光伏实体资产的RWA(Real World Assets,真实世界资产),涉及金额超2亿元人民币。据悉,这是国内首单光伏实体资产RWA,助力国内绿色资产与境外资金高效连接,实现数字技术赋能实体产业。同时,对增强光伏资产流动性,促进经济高质量可持续发展具有深远意义。

协鑫能科分布式光伏电站
2024-12-23
返回索比光伏网首页 回到突破不可能!NREL实现低成本砷化镓电池上方
关闭
关闭