- 科學(xué)家發(fā)明出制造低成本CIGS太陽(yáng)能電池的新技術(shù)發(fā)
- 該團(tuán)隊(duì)持續(xù)將電池的效率提升，同時(shí)找尋與工業(yè)界合作的機(jī)會(huì)，來(lái)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)
- 該團(tuán)隊(duì)希望這種技術(shù)可以在美國(guó)產(chǎn)生一家綠色能源的公司，可以帶來(lái)新的就業(yè)機(jī)會(huì)
盡管目前業(yè)界的太陽(yáng)能板仍以結(jié)晶硅材料占主導(dǎo)的地位，其它材料的制造成本相對(duì)而言仍嫌貴了些。新進(jìn)的廠商希望吸收能量的材料能被銅銦鎵硒 (Copper Indium Gallium Sselenide，簡(jiǎn)稱(chēng)CIGS)或其相關(guān)的材料所取代，銅銦鎵硒電池具有高轉(zhuǎn)換效率的潛力，可以實(shí)現(xiàn)低成本的制造，相比硅基太陽(yáng)能電池，僅需使用少量的原材料。不幸的是，到目前為止大量商業(yè)化的生產(chǎn)銅銦鎵硒電池確實(shí)是一件困難的事。最近，加州大學(xué)洛杉磯分校(University of California, Los Angeles，簡(jiǎn)稱(chēng)UCLA) Henry Samueli工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)展出低成本的制造方法，解決銅銦鎵硒電池制作的問(wèn)題。這項(xiàng)新的研究發(fā)表于固體薄膜(Thin Solid Films)七月號(hào)期刊，材料科學(xué)與工程系(Department of Materials Science and Engineering)的楊陽(yáng)(Yang Yang)教授以及其研究團(tuán)隊(duì)利用低成本的方法，展現(xiàn)銅銦鎵二硒(copper-indium- diselenide)太陽(yáng)能電池可以大量生產(chǎn)的潛力。
一位由楊教授團(tuán)隊(duì)畢業(yè)的學(xué)生侯威廉(William Hou)同時(shí)也是此篇期刊的首位作者提到”銅銦鎵硒系列的材料可以獲得很高的轉(zhuǎn)換效率，目前已有效率20%左右的電池，但是其制造成本是很貴的。最終，產(chǎn)品的制造成本將使得它很難與現(xiàn)有的電價(jià)作競(jìng)爭(zhēng)，然而，透過(guò)我們最近發(fā)展的制程，將可保有相同的效率，其制造成本卻是相對(duì)低很多。” 由楊教授團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室制備的銅銦鎵二硒薄膜電池在很短的時(shí)間內(nèi)由7.5%提升至9.3%。楊教授同時(shí)也是加州納米系統(tǒng)研究所(California NanoSystems Institute)的成員，他提到”我們16個(gè)月前展開(kāi)這個(gè)研究，初期的3~4個(gè)月我們只能獲得1%，如今已超過(guò)9%。”目前大部分的銅銦鎵硒電池都是利用真空蒸鍍的方式生產(chǎn)的，一般稱(chēng)為共蒸鍍(co-evaporation)，制程不僅昂貴而且費(fèi)時(shí)，將主要的材料-銅銦鎵與硒加熱在真空中沉積于基板，當(dāng)然利用這種方法要得到大面積且均勻的銅銦鎵硒膜是有一定的挑戰(zhàn)。
楊教授團(tuán)隊(duì)的銅銦鎵二硒材料并不利用真空蒸鍍的方式來(lái)制備，而是將材料簡(jiǎn)單的溶于溶液之中，透過(guò)烘烤而成。他們利用聯(lián)氨(hydrazine)當(dāng)作溶劑去溶解硫化銅(copper sulfide)與硒化銦(indium selenide)然后形成銦鎵硒材料。在太陽(yáng)能電池中的吸收層(可以是銅銦鎵二硒或是銅銦鎵硒系列)是影響效率最重要的關(guān)鍵而且不易控制，而楊教授的銅銦鎵二硒材料以溶液的狀態(tài)存在，則可以很容易的涂布或是附著于基板表面并烘烤。侯提到”利用我們的方法，其中的優(yōu)勢(shì)之一在于材料的利用，另外則是材料以溶液的狀態(tài)存在，有利于使用連續(xù)式的卷對(duì)卷(roll-to-roll)制程生產(chǎn)，這些都是降低成本重要的因素。”
這個(gè)團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)在于將電池的效率達(dá)到15~20%。楊教授預(yù)言三到四年將可量產(chǎn)。“我們持續(xù)將電池的效率提升，同時(shí)找尋與工業(yè)界合作的機(jī)會(huì)，來(lái)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，希望它可以在美國(guó)產(chǎn)生一家綠色能源的公司，特別是加州這里，可以帶來(lái)新的就業(yè)機(jī)會(huì)。
這項(xiàng)研究是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的研究生整合型教育與研究訓(xùn)練獎(jiǎng)學(xué)金(Integrative Graduate Education and Research Traineeship)-材料創(chuàng)造訓(xùn)練計(jì)劃(Materials Creation Training Program)所資助
