太阳能电池的技术天富平台如何?突破——以前被认为是不可能的

时间:2020-09-25 09:20 作者:http://zdtnx.com.cn/ 分享到:
 
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美国国家可再生能源实验室(NREL)的科学家们实现了太阳能电池的技术突破,此前人们认为这是不可能的。
 
科学家们在氢化物气相外延(HVPE)反应器中成功地集成了铝源,并首次用该技术演示了半导体磷化铝铟(AlInP)和磷化镓铟(AlGaInP)的生长。天富平台如何?
 
“有大量的文献表明,人们永远不可能用氢化物气相外延法培育这些化合物,”凯文·舒尔特说,他是NREL材料应用和性能中心的科学家,也是一篇强调这项研究的新论文的主要作者。“这是许多III-V行业采用金属有机气相外延(MOVPE)的原因之一,后者是III-V增长的主导技术。这种创新改变了一切。”
 
文章《氢化物气相外延生长藻类、AlInP和藻类》于2019年12月12日发表在ACS应用能源材料杂志上。
 
亚伦·普塔克、Wondwosen Metaferia、大卫·桂林和凯文·舒尔特
 
四名研究人员站在实验室里。NREL的研究人员(从左到右)Aaron Ptak, Wondwosen Metaferia, David Guiling和Kevin Schulte正在使用HVPE为III-V型太阳能电池培育含铝材料。来源:丹尼斯·施罗德,NREL
 
III-V太阳能电池——因材料落在元素周期表上的位置而得名——通常用于空间应用。值得注意的是,这种类型的电池在地面上使用过于昂贵,但研究人员正在开发降低这些成本的技术。
 
NREL首创的一种方法依赖于一种名为动态氢化物汽相外延(D-HVPE)的新生长技术。传统的HVPE几十年来一直被认为是电信行业生产发光二极管和光电探测器的最佳技术,但在20世纪80年代随着MOVPE的出现而失宠。这两种工艺都涉及将化学蒸汽沉积到衬底上,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然的异质界面,而HVPE在这方面一直处于困境。天富平台如何?
 
这随着D-HVPE的出现而改变。
 
早期版本的HVPE使用了一个单独的腔室,其中一种化学物质被沉积在基底上,然后被移除。然后将生长化学交换为另一种,底物返回到腔室进行下一个化学应用。D-HVPE依赖于多室反应器。基片在室间来回移动,大大缩短了制造太阳能电池的时间。使用MOVPE需要一到两个小时来制造的单结太阳能电池,D-HVPE可能在一分钟内就能生产出来。尽管有这些进步,MOVPE仍然拥有另一个优势:沉积宽幅带隙含铝材料的能力,使太阳能电池效率最高。HVPE长期以来一直与这些材料的成长作斗争,因为通常的含铝前体,一氯化铝的化学性质的困难。
 
研究人员一直计划在D-HVPE中引入铝,但他们首先把精力放在验证这种生长技术上。
 
 
 
舒尔特说:“我们试图一步一步推进技术发展,而不是一蹴而就。”“我们证明,我们可以种植高质量的材料。我们验证了我们可以生产更复杂的设备。该技术下一步要发展的是铝。”
 
舒特的合著者是来自NREL的Wondwosen Metaferia, John Simon, David Guiling和Aaron J. Ptak。他们还包括来自北卡罗来纳州Kyma Technologies公司的三名科学家。该公司开发了一种方法来生产一种独特的含铝分子,然后将其流入D-HVPE室。
 
科学家们使用一个三氯化铝发生器,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HVPE反应器环境中比一氯形式稳定得多。其他组分——氯化镓和氯化铟——在800摄氏度下蒸发。这三种元素被结合并沉积在650摄氏度的衬底上。
 
利用D-HVPE技术,NREL的科学家们之前已经能够用砷化镓(GaAs)和磷化镓铟(GaInP)制造太阳能电池。在这些电池中,GaInP被用作“窗口层”,钝化前表面,允许阳光到达下面的砷化镓吸收层,光子在这里被转化为电能。这一层必须尽可能透明,但GaInP不如移动生长太阳能电池中使用的磷化铝铟(AlInP)透明。目前,采用AlInP窗层的移动生长砷化镓太阳能电池的世界效率记录是29.1%。
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