新型電池製造設備出爐,薄膜太陽能轉換效率有望突破 25%

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 17 日 8:45 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 能源科技 follow us in feedly

目前太陽能市占率最高的技術為矽晶太陽能電池,然而長江後浪推前浪,也有許多技術正虎視眈眈瞄準市占第一的寶座,就好比美國科學家已為薄膜太陽能打造獨門製造技術,有助提高碲化鎘薄膜太陽能板的成本效益比,有機會將轉換效率從 22% 提高到 25%。




相較於市面上常見的矽晶太陽能技術,碲化鎘、銅銦鎵硒(CIGS)等薄膜太陽能板能見度或許不高,但該技術除了具有低成本與使用材料較少的優勢,薄膜太陽能還可使用可撓基板,能裝置在窗戶、汽車或是建築物上,進而發展成建築整合太陽能電池技術,應用範圍相當廣泛。

而為了讓薄膜太陽能不管在轉換效率還是應用方面都更上一層樓,美國德拉瓦大學已研發出名為蒸氣傳輸沉積系統(Vapor Transport Deposition System)的薄膜太陽能製造設備。

雖然蒸氣傳輸沉積系統聽起來很像是蒸氣龐克小說會出現的名詞,但該設備或許會成為薄膜太陽能的重要製造設備,其中在太陽能製程中,薄膜太陽能電池由數百萬個晶體組成,透過施加熱與壓力等化學氣相沉積法,在基板上生長薄膜,最終形成太陽能電池,而若要製造出良率高、性能佳的電池,箇中祕訣在於生長薄膜時,得仔細調整每顆晶體的特性。

蒸氣傳輸沉積系統主要功用便是如此,在薄膜生長時可進行微調,讓科學家們能在晶體中加入其他元素,希望可利用摻雜技術(Doping)提高電導率與電池電壓。目前德拉瓦大學則透過此設備,嘗試在碲化鎘材料分別摻雜銻、砷或磷 3 種元素,觀察添入何種材料可提升電池性能。

▲ 上方黑方塊為石墨基板,黃色為塗有奈米結晶薄膜的玻璃基板,灰色則是完成摻雜並疊起來的碲化鎘薄膜。(Source:德拉瓦大學)

德拉瓦大學能源轉換研究所科學家 Brian McCandless 表示,雖然碲化鎘材料光捕獲效率非常好,但碲化鎘薄膜太陽能電池的電壓輸出著實不高,開路電壓僅有 0.8 伏特,照理來說其優異的能隙與吸光特性可讓電壓提高到 1.1 伏特。

因此德拉瓦大學將有望藉此設備將碲化鎘薄膜太陽能電池電壓突破到 1 伏特以上,或許更可將轉換效率提升到25%。目前該團隊已找出適用於碲化鎘薄膜電池的摻雜化學配方,下一步則正在研究如何提高電池的電子流,新論文已發表在《Scientific Reports》。

薄膜太陽能具有低成本、易製造與可撓優點,但近年來由於矽晶太陽能電池的成本大幅下降,大幅壓縮薄膜太陽能市場空間,導致許多薄膜太陽能廠商相繼倒閉,而該研究或許可進一步重振薄膜太陽能市場。

(首圖來源:德拉瓦大學