Az Egyesült Államok Nemzetközi Megújuló Energia Laboratóriumának (National Renewable Energy Laboratory) kutatói által közzétett tanulmány új megközelítést vázol a gallium-arzenidből készült cellák gyártására vonatkozóan. A „germánium a semmin”-nek keresztelt megközelítés lehetővé tenné a napelem cellák tömeges, költséghatékony módon történő gyártását olyan III-V csoportba sorolt anyagok felhasználásával, mint például a gallium-arzenid.
Rugalmas GaAs napelem cella, amelyet a NREL tudósai hoztak létre februárban.
Kép: Dennis Schroeder/NREL
Az Egyesült Államokban a National Renewable Energy Laboratory (NREL) és a Koreai Fejlett Tudományos és Technológiai Intézet (Korea Advanced Institute of Science and Technology) tudósai bemutatták a gallium-arzenid (GaAs) napelem cellák újra felhasználható germánium hordozóval működő gyártási módszerét. A kutatók jelezték, hogy a technikában olyan potenciál rejlik, amelynek segítségével egy lépéssel közelebb juthatunk az olcsó előállított GaAs cellákhoz.
Az ilyen anyagokból készült cellák kiváló teljesítményükről és hatékonyságukról ismertek – a NREL korábban a Chicago-i székhelyű Microlink Devices céggel dolgozott annak a háromrétegű cellának az előállításán, amelynél a 37,75%-os energiaátalakítási hatékonysági rekordot felállították.
Azonban az ilyen eszközök előállításának költsége korlátozta felhasználásuk területeit, például drónoknál és műholdaknál alkalmazták, mivel az alacsony tömeg és a kiemelkedő hatékonyság ott nagyobb súllyal esik a latba, mint az energia előállításának költsége. Azonban több vállalat és kutatóintézet dolgozik azon, hogy tömeges gyártása alkalmas módszereket találjanak a GaAs és a III-V napelem cellák előállítási költségeinek csökkentésére – ezek a periódusos rendszer III-V-ös csoportjához kapcsolódó anyagokat foglalnak magukban.
A csapat Germánium a semmin technológia a GaAs napelem cellák epitaxiális kiemeléséhez (Germanium-on-Nothing for Epitaxial Liftoff of GaAs Solar Cells) című tanulmányában bemutatott, – a Joule folyóiratban közzétett – „germánium a semmin” megközelítése abból áll, hogy vékony germánium réteget hoznak létre egy germánium lapkán, és a vékony réteg tetején GaAs cella fejlődik ki. Ezután mindkét réteget leválasztják a germánium lapkáról, így az hordozóként ismét hasznosítható. A folyamat egy sor olyan méretű pórust hoz létre a germánium lapkán, amelyeknek mérete és eloszlása lehetővé teszi, hogy létrejöjjön a rés – a „semmi” – a vékony germánium és a lapka között.
Az újrahasznosítható hordozó csökkenti a költségeket
A folyamat során a csapat 14,44%-os GaAs napelem cellát állított elő. David Young, a NREL kiemelkedő hatékonyságú kristályos fotovoltaikus eszközök csoportjának vezető tudósa azt mondta, hogy a folyamat optimalizálása útján jóval 20% fölé lesznek képesek emelni a hatékonyságot. „Ez volt az első alkalom, hogy a GON technológiát [germánium a semmin] eléggé sima felületen mutatták be, így lehetővé tették a gallium-arzenid epitaxiális növekedését” – magyarázta.
A NREL becslései szerint a cellák növelésére használt félvezető anyagból készült hordozók teszik ki a III-V napelem cellák költségeinek körülbelül 30%-át. Az újrahasznosítható hordozó jelentős megtakarításokat eredményezhet. Azt azonban nem jelezte a laboratórium, hogy hányszor lehet újra felhasználni a hordozót, és arról sem adtak közzé becslést, hogy milyen költségszint érhető el az eljárás útján, csak annyit közöltek, hogy „ez a technika lehetővé teheti az egy- és többrétegű napelem cellák tömeges, költséghatékony módon történő gyártását a III-V csoportba sorolt anyagok felhasználásával.”
A Microlink által tavaly kidolgozott, 37,75%-os hatékonyságú cellákat eredményező folyamat szintén újra felhasználható gallium-arzenid hordozókkal működött, de nem állították, hogy a technológia jelentős mértékben hozzájárulna a költséghatékony gyártáshoz.
Forrás: pv-magazine
