加拿大科學家發現低成本的砷化鎵太陽能電池生產技術

2020-09-05 全國能源信息平臺

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加拿大的科學家發現了一項具有前景的砷化鎵太陽能電池生產技術。讓電池直接生長在矽襯底上是一項有前途的策略，能夠削減某些技術過高的生產成本。通過使用多孔矽，科學家能夠朝著以更低成本生產高性能III-V太陽能電池的目標邁進一大步。

砷化鎵（GaAs）和其他III-V材料（按照它們在元素周期表中的分組命名）是廣為人知的高性能太陽能電池材料，它們在轉換效率綜合記錄中佔據大多數席位。

但它們通常高達數百美元每瓦的生產成本意味這些電池僅限用於驅動衛星、無人機和其他電池性能優先於發電容量每瓦成本的利基領域。 將生產成本降低到主流太陽能應用能夠利用其性能潛力的水平是一個非常重要的議題，近年來科學家們提出了實現這個目標的一些方法。

讓GaAs層生長在矽襯底上是一個非常有前景的方式，能夠剔除昂貴的鍺原料，同時允許更大規模的生產。但這個方式生產的電池層瑕疵很多，限制了在太陽能電池中的性能。

加拿大舍布魯克大學領導的科學家開展了關於使用多孔矽替代晶體矽（c-Si）是否能夠帶來改善的研究。這次調查的結果發布在期刊《太陽能材料與太陽能電池》中, 結果顯示在其他方面保持一致的工藝中使用多孔矽替代晶體矽能夠實現填充因子和開路電壓的顯著提升。

納米異質外延

這個團隊使用了名為納米異質外延（NHE）的工藝，在圖形襯底上生長半導體層。團隊使用了一個兩步生長工藝，首先生長一個GaAs緩衝層彌合矽的孔隙，而後在565℃的溫度下沉積主薄膜。

多孔矽上生長的尺寸為1×1 mm的電池具有56%的填充因子，而晶體矽上生長的則為41%。該團隊將之歸結於材料更少的瑕疵，導致了更低的重組和寄生損失。

團隊指出，所生產電池的瑕疵水平仍需進一步降低以實現有利的電池性能，並表示增加矽的多孔性以使其更加靈活，和在兩步生長工藝中更好地優化緩衝層，都是值得進一步研究的方向。

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