新发现“零锗”的方法能够低成本大批量地生产砷化镓太阳能电池

作者：MARKHUTCHINS

美国国家可再生能源实验室（NREL）和韩国先进科学技术研究所的科学家已经证明了一种利用可重复使用的锗基板生产砷化镓（GaAs）太阳能电池的方法。研究人员说，这项技术使生产成本低廉的砷化镓电池的潜力更进一步。

由这种材料制成的电池以其强大的性能和效率而闻名——NREL之前曾与Chicago-basedMicrolinkDevices合作，生产出一种三结电池，其转换效率创下了37.75%的记录。

然而，生产此类设备的成本已将其限制在诸如无人机和卫星等利基应用领域，在这些领域，低重量和高效率比生产能源的成本更为紧迫。然而，一些公司和研究机构正在研究降低砷化镓和III-V太阳能电池生产成本的方法，其中包括周期表中同组的材料，以达到商业生产的可接受水平。

研究小组采用的“零锗”方法，发表在《焦耳》杂志上的论文描述了锗对砷化镓太阳电池外延发射的影响，包括在锗晶片上生成一层薄薄的锗，并在薄层上生长一个GaAs电池。然后将这两个水平面从锗晶圆上剥离，使其可以作为基板重复使用。这个过程在锗晶圆中产生了一系列的孔，其大小和分布允许在薄锗和晶圆之间留有一个间隙（即“无”）。

可重复使用的基板降低了成本

利用这个过程，研究小组生产了一种转换效率达到14.44%的砷化镓太阳能电池。NREL高效晶体光伏小组的资深科学家大卫杨说，对该工艺的优化可以使效率远远超过20%。他说：“这是第一次证明（无锗）具有足够光滑的表面，允许高质量外延生长的砷化镓。”

NREL估计，用于电池生长的半导体基板约占III-V太阳能电池成本的30%。可重复使用的基板可以带来显著的节约。然而，实验室没有指出锗晶圆可重复使用的次数，也没有提供该工艺可能实现的成本估算，只说明“该技术能够实现单结和多结III-V太阳能电池的高成本高效和大批量生产”。

Microlink去年开发出的生产效率为37.75%的电池的工艺依赖于砷化镓基板，该基板也可重复使用以降低成本，但没有人声称该技术将对成本效益生产做出重大贡献。