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新型电池制造设备出炉,薄膜太阳能转换效率有望突破 25%

2024-04-20 217

目前太阳能市占率最高的技术为硅晶太阳能电池,然而长江后浪推前浪,也有许多技术正虎视眈眈瞄准市占第一的宝座,就好比美国科学家已为薄膜太阳能打造独门制造技术,有助提高碲化镉薄膜太阳能板的成本效益比,有机会将转换效率从 22% 提高到 25%。

相较于市面上常见的硅晶太阳能技术,碲化镉、铜铟镓硒(CIGS)等薄膜太阳能板能见度或许不高,但该技术除了具有低成本与使用材料较少的优势,薄膜太阳能还可使用可挠基板,能装置在窗户、汽车或是建筑物上,进而发展成建筑整合太阳能电池技术,应用范围相当广泛。

而为了让薄膜太阳能不管在转换效率还是应用方面都更上一层楼,美国德拉瓦大学已研发出名为蒸气传输沉积系统(Vapor Transport Deposition System)的薄膜太阳能制造设备。

虽然蒸气传输沉积系统听起来很像是蒸气庞克小说会出现的名词,但该设备或许会成为薄膜太阳能的重要制造设备,其中在太阳能制程中,薄膜太阳能电池由数百万个晶体组成,透过施加热与压力等化学气相沉积法,在基板上生长薄膜,最终形成太阳能电池,而若要制造出良率高、性能佳的电池,个中秘诀在于生长薄膜时,得仔细调整每颗晶体的特性。

蒸气传输沉积系统主要功用便是如此,在薄膜生长时可进行微调,让科学家们能在晶体中加入其他元素,希望可利用掺杂技术(Doping)提高电导率与电池电压。目前德拉瓦大学则透过此设备,尝试在碲化镉材料分别掺杂锑、砷或磷 3 种元素,观察添入何种材料可提升电池性能。

▲ 上方黑方块为石墨基板,黄色为涂有奈米结晶薄膜的玻璃基板,灰色则是完成掺杂并叠起来的碲化镉薄膜。(Source:德拉瓦大学)

德拉瓦大学能源转换研究所科学家 Brian McCandless 表示,虽然碲化镉材料光捕获效率非常好,但碲化镉薄膜太阳能电池的电压输出着实不高,开路电压仅有 0.8 伏特,照理来说其优异的能隙与吸光特性可让电压提高到 1.1 伏特。

因此德拉瓦大学将有望借此设备将碲化镉薄膜太阳能电池电压突破到 1 伏特以上,或许更可将转换效率提升到25%。目前该团队已找出适用于碲化镉薄膜电池的掺杂化学配方,下一步则正在研究如何提高电池的电子流,新论文已发表在《Scientific Reports》。

薄膜太阳能具有低成本、易制造与可挠优点,但近年来由于硅晶太阳能电池的成本大幅下降,大幅压缩薄膜太阳能市场空间,导致许多薄膜太阳能厂商相继倒闭,而该研究或许可进一步重振薄膜太阳能市场。

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(首图来源:德拉瓦大学)

2019-03-10 18:31:00

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