随着一种可重复使用的锗基板生产砷化镓（GaAs）太阳能电池的方法的发现，生产廉价砷化镓(GaAs)薄膜太阳能电池的可行性，离现实又近了一步。 美国国家可再生能源实验室(NREL)和韩国先进科学技术研究所的科学家们最近在《焦耳》(Joule)杂志上发表了一篇名为“用于砷化镓太阳能电池外延发射的零锗技术”的论文，里面详细介绍了这一发现。 研究小组采用的“零锗”方法，在锗晶片上生成一层薄薄的锗，并在薄层上生长一个GaAs电池。然后将这两个水平面从锗晶圆上剥离，使其可以作为基板重复使用。这个过程在锗晶圆中产生了一系列的孔，其大小和分布允许在薄锗和晶圆之间留有一个间隙（即“无”）。 利用这个过程，研究小组生产了一种转换效率达到14.44%的砷化镓太阳能电池。NREL高效晶体光伏小组的资深科学家，该论文的作者之一David Young说：工艺的改进应能使效率“大大提高到20%以上”。
GoN工艺包括：制备用于生长III-V材料的Ge基板（A）、在Ge基板（B）上形成圆柱形孔、通过氢退火（C）对GoN结构中的Ge孔进行孔重组、在GoN薄膜（D）上生长III-V太阳能电池、将Ge薄膜上的III-V太阳能电池从Ge基板转移到A基板上用于本征基片（E）。在这些结构中，可以得到各种各样的矩形空穴结构，如球体（F）和板状（G）空穴。 由元素周期表第三和第五列元素制成的太阳能电池，如镓、砷，已被证实能达到很高的转换效率，然而由于生产此类设备的成本高昂，并不能做到大规模使用，目前已将其局限在诸如无人机和卫星等利基应用领域。 但是《焦耳》论文中描述的新的零锗方法(GON)允许研究人员在锗晶圆上制造一层薄薄的锗层，锗晶圆上生长着砷化镓太阳能电池。然后可以将电池和薄薄的锗层从基板上剥离，从而使原来的锗薄片可以重复使用。 David Young说:“无硅薄膜光电技术早已被大众所熟悉，而这种零锗技术，却是第一次证明（无锗）具有足够光滑的表面，允许高质量外延生长的砷化镓。”。 新方法所涉及的过程在锗薄片上产生了一系列圆柱形气孔。孔的直径与深度之比，再加上孔之间的距离，使得锗单晶悬浮层与锗晶圆表面之间产生空洞(无)。该技术能够实现单结和多结III-V太阳能电池的高性价比和大批量生产。 |
