В прорывной метод создания солнечного вещества, ученые доказали, что невозможного действительно нет

Ученые в Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) достигнут технологический прорыв для солнечных батарей ранее считалось невозможным.

Ученые успешно интегрировал источник алюминия в паровой фазе гидридной эпитаксии (HVPE в реакторе), затем продемонстрировали рост полупроводников алюминия фосфида Индия (AlInP) и алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) в первый раз по данной методике.

«Есть приличное количество литературы, что говорит о том, что человек никогда не удастся вырастить этих соединений с гидридной паровой фазы эпитаксия», — сказал Кевин Шульте, ученый в НРЕЛ материалов приложений и производительность центра и ведущий автор новой бумаги, освещающие исследования. «Это одна из множества причин, третье-в промышленности пошел с паровой фазы металлоорганических эпитаксии (Мос-гидридной эпитаксии), который является доминирующим в III-в технику роста. Это нововведение меняет дело».

В статье «рост на основе algaas, AlInP, и AlGaInP-гидридной паровой фазы Эпитаксия,» появляется в журнал ACS Applied энергию материалов.

В III-V солнечные клетки, названный так из-за позиции материалы падают в периодической таблице — широко используются в космических приложениях. Отличается высокой эффективностью, эти типы клетки слишком дороги для наземного использования, но исследователи разрабатывают технологии для сокращения этих расходов.

Один метод, впервые в НРЕЛ опирается на рост новой технологии, называемой динамической гидридной паровой фазы эпитаксия, или D-HVPE. Традиционные HVPE, которая десятилетиями считалась лучшей техникой для производства светоизлучающих диодов и фотоприемников для телекоммуникационной отрасли, попал в немилость в 1980-х годах с появлением Мос-гидридной эпитаксии. Оба процесса предполагают внесение химических паров на подложку, но преимущество принадлежало Мос-гидридной эпитаксии из-за его способности образовывать резких гетерограниц между двух различных полупроводниковых материалов, место, где HVPE традиционно боролись.

Что изменилось с приходом Д-HVPE.

Образец III-V солнечных клеток, выращенных с использованием образца HVPE алюминия с III-V солнечных клеток, выращенных с использованием HVPE, показаны как экс(Га1-х)0.5In0.5р тонких пленок после удаления Gaas подложку наклеивается на стекло ручка для измерения пропускания. Разница в цвете из-за разницы в составе Al и GA. В частности, желтая образцы AlInP (без га) и оранжевые образцы AlGaInP. Фото Деннис Шредер, НРЕЛ

В более ранней версии HVPE используется однокамерный, где один химикат был нанесен на подложку, которая затем была удалена. После химии рост был обменян на другой, и субстрат возвращается в камеру для следующего химического применения. Д-HVPE опирается на многокамерный реактор. Подложка движется взад и вперед между камерами, значительно сокращая время для принятия солнечных батарей. В однопереходных солнечных элементов, которая занимает час или два, чтобы сделать с помощью Мос-гидридной эпитаксии может быть произведено менее чем за минуту на D-HVPE. Несмотря на эти успехи, Мос-гидридной эпитаксии все-таки состоится еще одно преимущество: возможность сдачи широкая полоса разрыва алюмосодержащих материалов, которые обеспечивают высокий КПД солнечных батарей. HVPE долго боролся с ростом этих материалов из-за сложностей с химической природой обычный алюминий-содержащих прекурсоров, монохлорид алюминия.

Исследователи всегда мечтали о внесении алюминия в D-HVPE, но сначала сосредоточили свои усилия на проверке методики роста.

«Мы пытались двигать технологии вперед в шагах, а не пытаться сделать все сразу», — сказал Шульте. «Мы подтвердили, что мы можем выращивать высококачественные материалы. Мы подтвердили, что мы можем выращивать более сложные устройства. Теперь следующий шаг для технологии, чтобы двигаться вперед-алюминий».

Соавторы Шульте из НРЕЛ являются г-н вондвосен Metaferia, Джон Саймон, Дэвид Гуйлиня, и Аарон Дж Птак. Они также включают в себя три ученых из Северная Каролина, технологий Кйма. Компания разработала способ производить уникальные алюминий-содержащие молекулы, которые затем могут быть перетекла в Д-HVPE палаты.

Ученые использовали генератор трихлорида алюминия, который был нагрет до 400 градусов Цельсия, чтобы создать трихлорида алюминия из твердого алюминия и хлористый водород. Трихлорида алюминия является гораздо более стабильным в среде HVPE в реакторе, чем форма монохлорид. Другие компоненты: хлорид галлий и индий хлорид-были испарены при температуре 800 градусов по Цельсию. Три элемента объединяются и оседают на подложке в 650 градусов по Цельсию.

Использование D-HVPE, НРЕЛ ранее ученые смогли сделать солнечные батареи из арсенида галлия (Gaas) и фосфид индия галлия (GaInP). В этих клетках, GaInP используется в качестве «окна пласт», который passivates передней поверхности и позволяет солнечному свету, чтобы достичь слоя Gaas амортизатора ниже, где фотоны преобразуются в электричество. Этот слой должен быть как можно более прозрачным, но GaInP не такая прозрачная, как алюминиевый фосфид Индия (AlInP), используемые в Мос-гидридной эпитаксии выращены солнечных батарей. Нынешний мировой рекорд эффективности для Мос-гидридной эпитаксии выращены пленки Gaas солнечные элементы, которые включают AlInP слоев окна составляет 29,1%. Только с GaInP, максимальная эффективность для HVPE-выращивают солнечных батарей составляет лишь 27%.

Теперь, когда алюминий был добавлен в смесь Д-HVPE, ученые заявили, что они должны быть в состоянии достигнуть паритета с солнечными батареями через Мос-гидридной эпитаксии.

«Процесс HVPE-это удешевляет процесс», — сказал Птак, старший научный сотрудник в Национальном центре НРЕЛ для фотовольтаики. «Сейчас мы показали, что путь к такой же эффективности, что так же, как другие ребята, но с более дешевой техникой. Раньше, мы были несколько менее эффективны, но дешевле. Теперь есть возможность быть таким же эффективным и дешевым».

Министерство энергетики США Управление технологий солнечной энергетики, финансируемый Д-HVPE исследований.

сделать разницу: спонсорские возможности