1. 痛點問題
目前硅基太陽能電池占據著太陽能電池的主導地位,其中單晶硅電池轉換效率已可以達到25%左右,但它們需要比較多的單晶硅材料,生產成本高。而對于多晶硅,由于缺陷較多,轉換效率比較低。III-V族材料轉換效率高,但是材料和生產成本居高不下,難以推廣使用。雖然可以利用納米柱陣列來提高光吸收能力及減少材料成本,但是由于納米柱結構具有很大的表面積,載流子較大的表面復合嚴重影響著器件的性能,而且需要昂貴的設備生長徑向異質結和控制摻雜濃度。
2. 解決方案
本項目提出一種磷化銦納米柱徑向同質結陣列結構的簡單制備方法,目前已完成高效太陽能電池驗證和原型器件的制備,另還有可見光探測器等在研。
本方法是在磷化銦納米柱制備過程中,利用刻蝕氣體中加入氫氣,可以同時實現了磷化銦納米柱陣列和徑向同質結的制備,通過控制刻蝕時間及氫氣含量,精確控制磷化銦表面摻雜濃度及深度,相比于其他生長徑向同質結的方法,本方法設備簡單,制備效率高。在降低成本方面,納米柱結構相比于平面結構具有更好的陷光效應,只需使用少量的材料便可以實現高效光吸收。
合作需求
本項目下一步發展需求主要集中在與太陽能電池相關企業的技術和產品合作,優化和固定產品制作工藝流程,降低生產成本。其次是資本投資、政府政策等方面的扶持。需要的外部資源主要是產業的工程化和市場資源。
太陽能光伏發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位,不但要替代部分常規能源,而且將成為世界能源供應的主體。根據多家機構預測,到2030年,可再生能源在總能源結構中將占到30%以上,而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上;到2040年,可再生能源將占總能耗的50%以上,太陽能光伏發電將占總電力的20%以上;這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。
本項目初期主要用于太陽能電池領域,后期將推廣至探測器等領域。項目預計2022年完成制備參數優化固定及科研成果轉化;2023年完成太陽能電池產品定型并開拓市場;2025年完成探測器等多種產品的驗證。
目前國內太陽能電池公司,如天合光能,阿特斯(中國),英利能源(中國)等,都是以生產硅基太陽能電池為主。III-V族材料轉換效率高,但是材料和生產成本居高不下,難以推廣使用。本項目具有如下優勢:利用納米柱結構提高光利用效率,減少材料成本;納米結構制備模板可以不使用昂貴曝光設備,減少制備成本;在制備納米結構同時制備出徑向pn結結構,控制刻蝕參數同時可以控制結區的形成;徑向結結構具有高的光電轉換效率;磷化銦電池可以工作在較高溫度,具有強的抗輻射能力;自主知識產權。
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