相较于硅晶太阳能,砷化镓等三五族(III-V)族化合物半导体太阳能成本高,纵使转换效率表现不错,仍无法成为光电市场主流,不过最近美国与韩国科学家联手合作,研发全新砷化镓薄膜制造方法,说不定可以让三五族太阳能价格更加亲民。
三五族半导体太阳能顾名思义,是由元素周期表中三族的铝、镓、铟及五族氮、磷、砷等元素所构成,通常这些材料都具有优异的光电转换特性以及电子传输特性,常用在照明、光电产业与通讯技术。
在太阳能领域中,三五族半导体也是佼佼者,最高转换效率更已突破 43.5%,只可惜价格相当高昂,不适合用在住宅太阳能或是公用事业电厂,并不被大众所知,它们大多只会出现在航太与无人机等,对效能与轻便性更为注重的领域。
但为什么三五族太阳能会那么贵呢?通常在该技术中,科学家得花费大量时间与成本在晶体生长,基板与磊晶技术占整体成本 30%,而现在美国国家再生能源实验室(NREL)与韩国科学技术院(KAIST)研发全新的砷化镓太阳能电池磊晶技术:germanium-on-nothing(GON),想要依靠锗金属来降低成本。
(Source:NREL)
GON 这名称大概是从 Silicon-on-nothing(SON)变化而来,科学家透过制造气洞与气隙让硅薄膜跟其它层分离,而 NREL 与 KAIST 目标也是如此,GON 工艺还能制造出圆型与长条型的气洞。根据团队在《journal》发表的论文,团队首先将锗晶圆打造成多孔结构,再透过氢气退火(Annealing)对锗基板进行重组,之后便能在锗基板上生长砷化镓电池。
目前团队也研制出转换效率达 14.44% 的砷化镓太阳能电池,NREL 高效率晶体光电部资深科学家 David Young 表示,团队已证明 GON 工艺不会让锗基板产生许多缺陷,表面非常光滑,可以生长出高品质的砷化镓,未来最佳化工艺后,可以将转换效率提高至 20% 以上。
除此之外,锗基板跟砷化镓电池分离后,还可以重新回到制程中,这样一来就可以节省不少材料与制造费用,只不过团队没有公布锗基板的使用寿命,也不知到底能省下多少成本,仅表示新工艺可以实现成本效益比高、大规模的三五族太阳能制造愿景。
- Nothing can bring down the price of III-V solar cells – just add germanium
- ‘Nothing’ Technology Creates Less-Expensive Thin-Film Solar Cells
(首图为示意图,来源:pixabay)
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