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根据美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的科学家领导的研究，声波可以在使III-V型太阳能电池更便宜地用于地球应用方面发挥作用。这篇题为《在声学剥落基板上生长的砷化镓太阳能电池，效率为27%》的文章发表在《焦耳》杂志上。
研究人员说，声波的应用，在一种叫做声波剥落的新工艺中，有可能大大降低制造这种高效太阳能电池的成本。
III-V太阳能电池之所以叫这个名字，是因为它们是用元素周期表中III和V族的元素生长的。虽然III-V型太阳能电池效率很高，但它们的成本限制了它们在空间应用中的使用，例如为卫星提供动力。降低制造成本被认为是地面应用的关键，实现这一目标的一种方法是能够重复使用生长细胞的基质。
“这对于衬底的再利用是非常有前途的，”Kevin Schulte说，他是NREL高效晶体光伏小组的科学家，也是期刊文章的主要作者，详细介绍了声学剥落的成功。“单靠这一点并不能使III-V型太阳能电池具有成本效益，但作为研究组合的一部分，我们正试图从多个不同的角度解决成本问题。”
现有的技术使用牺牲蚀刻层，它允许电池从砷化镓(GaAs)衬底上剥离，这样衬底就可以再次使用，但是这个过程需要几个小时，并且会留下残留物，需要抛光步骤。抛光相对昂贵，限制了这种基板再利用方法的潜在成本节约。
相比之下，剥落只需几秒钟，在基材内部产生几乎与表面平行的可控断裂。这种断裂使得电池很容易被移除，从衬底内部露出一个新的、无污染的表面，不需要抛光。
标准砷化镓层的剥落会在衬底上产生相对较大的切面，这会消耗额外的材料，并且在衬底可以重复使用之前可能需要将其平面化(通过抛光或其他方法)。这一最新进展使用声波剥落或声波来控制断裂，抑制切面的形成，并改善基板的平整度。
“表面波纹较少，”舒尔特说，“因此，当你在其上种植新设备时，有可能以相对较少或可能不需要表面重新制备的方式实现高效率。”
声学剥落是在亚利桑那州立大学开发的;凤凰城一家名为Crystal Sonic Inc.的公司正在将这项技术商业化。该公司的两名研究人员是《焦耳》那篇文章的共同作者。其他合著者包括来自NREL的史蒂夫·约翰斯顿、雅各布·博耶尔、安妮卡·诺伊曼、威廉·麦克马洪、米歇尔·杨、艾米丽·沃伦和迈尔斯·斯坦纳;以及科罗拉多矿业学院的安娜·布劳恩。
需要进一步的研究来确定基片在遭受声学剥落(Crystal Sonic称之为Sonic Lift-Off)后可以重复使用多少次。研究人员能够在先前剥落的衬底上制造电池，nrel认证的效率为26.9%。
“我不认为这种性能与我们在全新基板上获得的效率有任何区别，”舒尔特说。
更多信息:Kevin L. Schulte等人，在声片状GaAs衬底上生长的GaAs太阳能电池具有27%的效率，Joule(2023)。DOI: 10.1016/j.j Joule .2023.05.019期刊信息:Joule
Natio提供
nal可再生能源实验室
引用:研究将声波用于降低太阳能电池成本的测试(2023年，7月20日)
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