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做座新发现半导体薄膜使太阳能更便宜

发布时间:2021-10-09 18:23:23 阅读: 来源:减压阀厂家

新发现!半导体薄膜使太阳能更便宜

光伏产业作为一个利基市场备受政府、社会和个人的关注,市场需求也在逐年递增,进而产业技术也在不断推进发展。本月,nanot改用恒定半径试样实验echweb参加了在英国理光竞技场考文垂举办的科学与工业薄膜和涂层技术活动。

英国IQE公司的Andrew Johnson和英国Leicester的De Montfort大学的Shashi Paul都提出了针对的是不同行业的可以应用在太阳能光伏领域(PV)的制造技术作为可再生材料的植物纤维素纳米晶体隔热和机械性能好。

作为一个利基市场,超过每美元电力优先每克功率,基于空间的光伏领域,到现在为止已经承受基于III-V族半导体多结电池的很高成本,因为它们可以达到30%或更高的效率并且更耐辐射。这项技术需要将多种半导体材料排列成复杂的结构,这就是为什么它们通常比其他形式的光伏更贵的原因。

需求飙升

然而,像OneWeb这样的公司承诺的大规模扩张的通信络,需要大批量的制造技术,仅OneWeb就计划以每周高达15个的速度生产数百个航天器。此外,太阳能无人机(UAV)使用量的巨大增长意味着卫星制造商不再是轻量级,高效率太阳能电池板的唯一客户。

但是,虽然大型刚性太阳能电池板可以容纳在太空真空环境中,但对于无人机来说,太阳能电池必须重量轻,并能够集成到空气动力学机身中。因此,添加到需求清单是一个重要的附加属性:灵活性。因此,鼓励光伏电池生产商想出可以适应多种设计标准的创新设计,同时降低成本。

约翰逊认为,满足市场需求扩大的关键是外延剥离(ELO)技术,该技行业人士表示术允许III-V族半导体叠层在制造之后从其生长衬底剥离。这样就减少了电池的总体质量,并形成了更容易满足无人机的机翼和机身的柔性结构。同时,废弃的基板可以在另一个生长周期中再次使用,进一步降低了制造成本。

尽管ELO与传统的硅处理技术相比仍然相对昂贵,但Johnson引用了一个可以保持低成本的变体。所提出的方法涉及到通过电化学蚀刻在单晶硅晶片中形成多孔顶层。退火材料会在多孔和原始硅之间的界面处产生平面空隙,从而允许顶层部分脱离。在剥离之前,可以通过化学气相沉积(CVD)在顶部生长另一薄层单晶硅,产生柔性的微米的单晶膜,其可以用作其他半导体材料的生长基底。

由Shashi Paul提出的一种新型等离子体增强CVD在太阳能电池制造中也有应用。Paul的技术被称为Ra方法,可以制造各种形状的硅纳米线。由于该工艺的温度低于400°C(对于某些纳米线形态,甚至低于150°C),所以与其他技术相比,能耗更低小泉从78年前便已开始利用无意搜集到的废旧物品进行创作,并且可以使用廉价的玻璃或柔性塑料基材。持续的专利申请意味着该过程的全部细节不能被公开,但是保罗直接地说明利用不到气-液-固(VLS)增长机制。

通过该技术制造的硅纳米线在宽范围的波长和入射角下表现出优异的光吸收性能,并且Paul报道接下来的金属化层可以容易地施加。太阳能电池的效率很大程度上取决于所使用的材料的纯度和晶体结构,这是Ra方法可以容易实现的。此外,在生长过程中使用的催化剂的选择允许将各种掺杂剂引入到纳米线中,从而可以实现产生效率高达6%的薄膜PV电池并且具有超过15%的潜力的组合物。

Paul指出,虽然电池电极性能对硅的质量和纯度的敏感性要比太阳能电池的性能低得多,但是在循环过程中离子迁移所引起的应力会带来不同的挑战。硅的高电荷容量使其成为下一代锂离子电池的有前景的阳极材料,但前提是能够使这些应力更具弹性。

事实证明,保罗的技术所生产的纳米线可以弯曲,使得它们可以在不失败的情况下适应离子,这意味着容量可以维持数百个循环。尽管之前已经证明了硅纳米线的这种性质,但是现有的制造技术在更高的温度下发生,所以不能拥有与保罗的Ra方法相同的所有优点。

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