声学技术助力实现更经济的太阳能电池方案





根据美国能源部国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)科学家最近发表的一项研究, 一种叫做声 波剥落(acoustic spalling)的新工 艺有可能大大降低制造这种高效太阳能电池的成本。

声学技术助力实现更经济的太阳能电池方案的图1

砷化镓太阳能电池样品。源于:Dennis Schroeder,NREL


III-V太阳能电池之所以叫这个名字,是因为它们是用元素周期表中III和V族的元素生长的。虽然III-V型太阳能电池效率很高,但它们的成本限制了它们在空间应用中的使用,例如为卫星提供动力。降低制造成本被认为是地面应用的关键,实现这一目标的一种方法是能够重复使用生长细胞的基质。

“这对于衬底的再利用是非常有前景的,”Kevin Schulte说,他是NREL高效晶体光伏小组的科学家,也是期刊文章的主要作者,详细介绍了声学剥落的成功。“单靠这一点并不能使III-V型太阳能电池具有成本效益,但作为研究组合的一部分,我们正试图从多个不同的角度解决成本问题。”

这篇题为《National Renewable Energy Laboratory》的文章发表在《Joule》杂志上。

现有的技术使用牺牲蚀刻层,它允许电池从砷化镓(GaAs)衬底上剥离,这样衬底就可以再次使用,但是这个过程需要几个小时,并且会留下残留物,需要抛光步骤。抛光相对昂贵,限制了这种基板再利用方法的成本控制。相比之下,剥落只需几秒钟,在基材内部产生几乎与表面平行的可控断裂。这种断裂使得电池很容易被移除,从衬底内部露出一个新的、无污染的表面,不需要抛光。

标准砷化镓层的剥落会在衬底上产生相对较大的切面,这会消耗额外的材料,并且在衬底可以重复使用之前可能需要将其平面化(通过抛光或其他方法)。这一最新进展使用声波剥落或声波来控制断裂,抑制切面的形成,并改善基板的平整度。

“表面波纹较少,”Schulte说,“因此,当你在其上种植新设备时,有可能以相对较少或可能不需要表面重新制备的方式实现高效率。”

声学剥落是在亚利桑那州立大学(Arizona State University)开发的,凤凰城(Phoenix)一家名为Crystal Sonic的公司正在将这项技术商业化。该公司的两名研究人员是文章的共同作者。其他合著者包括来自NREL的Steve Johnston, Jacob Boyer, Anica Neumann, William McMahon, Michelle Young, Emily Warren, and Myles Steiner以及科罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)的Anna Braun。

现在需要进一步的研究来确定基板在进行声学剥落(Crystal Sonic称之为Sonic Lift-Off)后可以重复使用多少次。而研究人员能够在先前剥落的衬底上制造电池,NREL认证的效率为26.9%。

“我不认为这种性能与我们在全新基板上获得的效率有任何区别,”Schulte说。

美国能源部太阳能技术办公室资助了这项研究。
文章来源:21dB声学人


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