朝低成本、大規模生產邁進,新製程讓砷化鎵太陽能價格更親民

發佈日期: 2019 年 06 月 11 日 17:14 | 作者: | 分類: 產業資訊

相較於矽晶太陽能,砷化鎵等三五族(III-V)族化合物半導體太陽能成本高,縱使轉換效率表現不錯,仍無法成為光電市場主流,不過最近美國與南韓科學家聯手合作,研發全新砷化鎵薄膜製造方法,說不定可以讓三五族太陽能價格更加親民。

三五族半導體太陽能顧名思義,是由元素週期表中三族的鋁、鎵、銦及五族氮、磷、砷等元素所構成,通常這些材料都具有優異的光電轉換特性以及電子傳輸特性,常用在照明、光電產業與通訊技術。

在太陽能領域中,三五族半導體也是佼佼者,最高轉換效率更已突破 43.5%,只可惜價格相當高昂,不適合用在住宅太陽能或是公用事業電廠,並不被大眾所知,它們大多只會出現在航太與無人機等,對效能與輕便性更為注重的領域。

但為什麼三五族太陽能會那麼貴呢?通常在該技術中,科學家得花費大量時間與成本在晶體生長,基板與磊晶技術占整體成本 30%,而現在美國國家再生能源實驗室(NREL)與韓國科學技術院(KAIST)研發全新的砷化鎵太陽能電池磊晶技術:germanium-on-nothing(GON),想要依靠鍺金屬來降低成本。

(圖片來源:NREL

GON 這名稱大概是從 Silicon-on-nothing(SON)變化而來,科學家透過製造氣洞與氣隙讓矽薄膜跟其它層分離,而 NREL 與 KAIST 目標也是如此,GON 工藝還能製造出圓型與長條型的氣洞。根據團隊在《journal》發表的論文,團隊首先將鍺晶圓打造成多孔結構,再透過氫氣退火(Annealing)對鍺基板進行重組,之後便能在鍺基板上生長砷化鎵電池。

目前團隊也研製出轉換效率達 14.44% 的砷化鎵太陽能電池,NREL 高效率晶體光電部資深科學家 David Young 表示,團隊已證明 GON 工藝不會讓鍺基板產生許多缺陷,表面非常光滑,可以生長出高品質的砷化鎵,未來最佳化工藝後,可以將轉換效率提高至 20% 以上。

除此之外,鍺基板跟砷化鎵電池分離後,還可以重新回到製程中,這樣一來就可以節省不少材料與製造費用,只不過團隊沒有公布鍺基板的使用壽命,也不知到底能省下多少成本,僅表示新工藝可以實現成本效益比高、大規模的三五族太陽能製造願景。

(合作媒體:科技新報。首圖為示意圖,來源:pixabay

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