太空的太陽能電池技術(shù)

隨著社會的進步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。太平洋兩岸的太陽能研究人員都將眼光投向太空，以尋求更理想的太陽能電池制造方式。在分別發(fā)布的兩則消息中，中國組件制造商晶科太陽能和美國國家可再生能源實驗室(NREL)不約而同地探索在太空當中的光伏生產(chǎn)技術(shù)，以便提高地球上的太陽能發(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。這個團隊透露，他們已經(jīng)在氫化物氣相外延反應(yīng)器中生長出磷化鋁銦(AlInP)和磷化鋁鎵銦(AlGaInP)。

III-V型太陽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，但價格卻非常昂貴。

外延法的成本問題

生產(chǎn)成本主要來自于每個電池兩小時的金屬有機氣相外延(MOVPE)生產(chǎn)過程。這個過程涉及在單腔室中將幾種化學蒸汽沉積在基板上。

NREL提出了一種借助動態(tài)氫化物氣相外延(D-HVPE)工藝的分部式解決方案，將所需時間縮短到每個電池不到一分鐘。然而由于不能摻入鋁元素層意味著電池效率下降。 通過D-HVPE技術(shù)，NREL能夠使用砷化鎵(GaAs)和磷化銦鎵(GaInP)來制造太陽能電池——將后者作為“窗口層”來鈍化正面，同時允許光穿過砷化鎵吸收層。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方法生長的砷化鎵太陽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HVPE生長的太陽能電池的最大效率估計能達到27%。

各自取得進展

NREL材料應(yīng)用與性能中心的科學家，重點關(guān)注這項新研究的論文主要作者Kevin Schulte表示：“有大量文獻表明，我們永遠無法利用氫化物氣相外延技術(shù)生長這些化合物。這是很多III-V企業(yè)采用[MOVPE]的原因之一，它才是占主導地位的III-V生長技術(shù)。”Schulte在談到這一最新進展時補充說：“這項創(chuàng)新會改變一切。” NREL團隊表示，他們一直在通過技術(shù)逐步進步來改善砷化鎵電池的經(jīng)濟性。首先，D-HVPE工藝降低了成本，現(xiàn)在鋁層生長意味著效率的提高?？茖W家認為，通過將鋁添加到D-HVPE混合物中，他們應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)與MOVPE太陽能電池同等的效率水平。

去年，這個實驗室采用D-HVPE技術(shù)生產(chǎn)出效率達25.3%的砷化鎵電池。NREL戰(zhàn)略能源分析中心技術(shù)經(jīng)濟分析小組的成員Kelsey Horowitz認為，借助一些調(diào)整，大規(guī)模制造的D-HVPE電池可以實現(xiàn)0.20-0.80美元/瓦的電力成本。他還表示諸如電動汽車集成、強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能電池板等應(yīng)用也可以實現(xiàn)這一成本水平。她表示：“可以容忍更高價格的中間市場是存在的。”

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

晶科太陽能

在整個太平洋地區(qū)，晶科太陽能已與上?？臻g電源研究所簽署了一份理解備忘錄，以便共同開發(fā)高效太陽能電池技術(shù)。這家太陽能制造商表示，它將使用更堅固的硅晶片作為基層和底層電池。

晶科沒有透露有關(guān)這種電池技術(shù)的更多細節(jié)，但表示其高效太陽能技術(shù)將利用廉價的硅片優(yōu)勢，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，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，新的電池技術(shù)將帶來比現(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。太陽能雖然可以產(chǎn)生很大能量，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類所有的運轉(zhuǎn)，這就需要我們保護能源，從自己做起，從身邊的點滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟惷恳粋€人應(yīng)盡的責任。