2020年10月16日星期五
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   專家觀點



期待來自太空的太陽能電池



 
    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。在分別發布的兩則消息中,中國組件制造商晶科太陽能和美國國家可再生能源實驗室(NREL)不約而同地探索在太空當中的光伏生產技術,以便提高地球上的太陽能發電效率。 在NREL,研究人員聲稱在III-V電池技術方面取得了突破,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。這個團隊透露,他們已經在氫化物氣相外延反應器中生長出磷化鋁銦(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,通常用于比如為衛星或火星探測器供電等太空應用。它們比地球上使用的基于硅晶片的電池更高效,但價格卻非常昂貴。

    外延法的成本問題

    生產成本主要來自于每個電池兩小時的金屬有機氣相外延(MOVPE)生產過程。這個過程涉及在單腔室中將幾種化學蒸汽沉積在基板上。

    NREL提出了一種借助動態氫化物氣相外延(D-HVPE)工藝的分部式解決方案,將所需時間縮短到每個電池不到一分鐘。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,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反應器中輕松生長的磷化鋁銦層那樣透明。

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

    各自取得進展

    NREL材料應用與性能中心的科學家,重點關注這項新研究的論文主要作者Kevin Schulte表示:“有大量文獻表明,我們永遠無法利用氫化物氣相外延技術生長這些化合物。這是很多III-V企業采用[MOVPE]的原因之一,它才是占主導地位的III-V生長技術!盨chulte在談到這一最新進展時補充說:“這項創新會改變一切! NREL團隊表示,他們一直在通過技術逐步進步來改善砷化鎵電池的經濟性。首先,D-HVPE工藝降低了成本,現在鋁層生長意味著效率的提高?茖W家認為,通過將鋁添加到D-HVPE混合物中,他們應該能夠實現與MOVPE太陽能電池同等的效率水平。

    去年,這個實驗室采用D-HVPE技術生產出效率達25.3%的砷化鎵電池。NREL戰略能源分析中心技術經濟分析小組的成員Kelsey Horowitz認為,借助一些調整,大規模制造的D-HVPE電池可以實現0.20-0.80美元/瓦的電力成本。他還表示諸如電動汽車集成、強度不足以支持硅光伏陣列的屋頂系統,以及便攜式或可穿戴式太陽能電池板等應用也可以實現這一成本水平。她表示:“可以容忍更高價格的中間市場是存在的!

    NREL國家光伏中心的高級科學家Aaron Ptak主張:“HVPE技術是一種更便宜的工藝,F在我們已經實現了與其他方法一樣能實現相同效率,但是更便宜的技術。以前我們雖然價格更低,但效率卻無法相比。如今我們終于有可能實現同樣的效率,但造價更低廉!

    晶科太陽能

    在整個太平洋地區,晶科太陽能已與上?臻g電源研究所簽署了一份理解備忘錄,以便共同開發高效太陽能電池技術。這家太陽能制造商表示,它將使用更堅固的硅晶片作為基層和底層電池。

    晶科沒有透露有關這種電池技術的更多細節,但表示其高效太陽能技術將利用廉價的硅片優勢,并很容易轉化為大規模生產。

    “這次與上?臻g電源研究所的戰略合作意義非凡,”晶科能源副總裁金浩表示,“未來,我們將不斷開拓技術合作外延,繼續以技術創新引領行業革新,為全球客戶提供更高效的組件和更廣泛的選擇!

    晶科預測,新的電池技術將帶來比現有技術更高的轉化率,但他表示仍需要開展更多研究。 
 

【信息來源:世紀新能源網 2020-09-28 】
    
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