太空的太陽(yáng)能電池

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽(yáng)能的使用。太平洋兩岸的太陽(yáng)能研究人員都將眼光投向太空，以尋求更理想的太陽(yáng)能電池制造方式。在分別發(fā)布的兩則消息中，中國(guó)組件制造商晶科太陽(yáng)能和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)不約而同地探索在太空當(dāng)中的光伏生產(chǎn)技術(shù)，以便提高地球上的太陽(yáng)能發(fā)電效率。

 在NREL，研究人員聲稱在III-V電池技術(shù)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(gè)團(tuán)隊(duì)透露，他們已經(jīng)在氫化物氣相外延反應(yīng)器中生長(zhǎng)出磷化鋁銦(AlInP)和磷化鋁鎵銦(AlGaInP)。

III-V型太陽(yáng)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(wèi)星或火星探測(cè)器供電等太空應(yīng)用。它們比地球上使用的基于硅晶片的電池更高效，但價(jià)格卻非常昂貴。

外延法的成本問(wèn)題

生產(chǎn)成本主要來(lái)自于每個(gè)電池兩小時(shí)的金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)生產(chǎn)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程涉及在單腔室中將幾種化學(xué)蒸汽沉積在基板上。

NREL提出了一種借助動(dòng)態(tài)氫化物氣相外延(D-HVPE)工藝的分部式解決方案，將所需時(shí)間縮短到每個(gè)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(guò)D-HVPE技術(shù)，NREL能夠使用砷化鎵(GaAs)和磷化銦鎵(GaInP)來(lái)制造太陽(yáng)能電池——將后者作為“窗口層”來(lái)鈍化正面，同時(shí)允許光穿過(guò)砷化鎵吸收層。但是，磷化銦鎵層不像可以在MOVPE反應(yīng)器中輕松生長(zhǎng)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(zhǎng)的砷化鎵太陽(yáng)能電池的世界效率記錄現(xiàn)為29.1%。而采用磷化銦鎵的替代方案，通過(guò)HVPE生長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池的最大效率估計(jì)能達(dá)到27%。

各自取得進(jìn)展

NREL材料應(yīng)用與性能中心的科學(xué)家，重點(diǎn)關(guān)注這項(xiàng)新研究的論文主要作者Kevin Schulte表示：“有大量文獻(xiàn)表明，我們永遠(yuǎn)無(wú)法利用氫化物氣相外延技術(shù)生長(zhǎng)這些化合物。這是很多III-V企業(yè)采用[MOVPE]的原因之一，它才是占主導(dǎo)地位的III-V生長(zhǎng)技術(shù)。”Schulte在談到這一最新進(jìn)展時(shí)補(bǔ)充說(shuō)：“這項(xiàng)創(chuàng)新會(huì)改變一切。” NREL團(tuán)隊(duì)表示，他們一直在通過(guò)技術(shù)逐步進(jìn)步來(lái)改善砷化鎵電池的經(jīng)濟(jì)性。首先，D-HVPE工藝降低了成本，現(xiàn)在鋁層生長(zhǎng)意味著效率的提高?？茖W(xué)家認(rèn)為，通過(guò)將鋁添加到D-HVPE混合物中，他們應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)與MOVPE太陽(yáng)能電池同等的效率水平。

去年，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用D-HVPE技術(shù)生產(chǎn)出效率達(dá)25.3%的砷化鎵電池。NREL戰(zhàn)略能源分析中心技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析小組的成員Kelsey Horowitz認(rèn)為，借助一些調(diào)整，大規(guī)模制造的D-HVPE電池可以實(shí)現(xiàn)0.20-0.80美元/瓦的電力成本。他還表示諸如電動(dòng)汽車集成、強(qiáng)度不足以支持硅光伏陣列的屋頂系統(tǒng)，以及便攜式或可穿戴式太陽(yáng)能電池板等應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)這一成本水平。她表示：“可以容忍更高價(jià)格的中間市場(chǎng)是存在的。”

NREL國(guó)家光伏中心的高級(jí)科學(xué)家Aaron Ptak主張：“HVPE技術(shù)是一種更便宜的工藝。現(xiàn)在我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與其他方法一樣能實(shí)現(xiàn)相同效率，但是更便宜的技術(shù)。以前我們雖然價(jià)格更低，但效率卻無(wú)法相比。如今我們終于有可能實(shí)現(xiàn)同樣的效率，但造價(jià)更低廉。”

晶科太陽(yáng)能

在整個(gè)太平洋地區(qū)，晶科太陽(yáng)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(fā)高效太陽(yáng)能電池技術(shù)。這家太陽(yáng)能制造商表示，它將使用更堅(jiān)固的硅晶片作為基層和底層電池。晶科沒(méi)有透露有關(guān)這種電池技術(shù)的更多細(xì)節(jié)，但表示其高效太陽(yáng)能技術(shù)將利用廉價(jià)的硅片優(yōu)勢(shì)，并很容易轉(zhuǎn)化為大規(guī)模生產(chǎn)。

“這次與上?？臻g電源研究所的戰(zhàn)略合作意義非凡，”晶科能源副總裁金浩表示，“未來(lái)，我們將不斷開拓技術(shù)合作外延，繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)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(yù)測(cè)，新的電池技術(shù)將帶來(lái)比現(xiàn)有技術(shù)更高的轉(zhuǎn)化率，但他表示仍需要開展更多研究。目前太陽(yáng)能還未能更好被人類利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。