当前位置: 光伏网 » 太阳能百科 » 正文

III-V族太阳能电池技术-经济性分析及降成本路线图

日期:2019-08-09    来源:科技报告与资讯

国际太阳能光伏网

2019
08/09
10:29

关键词: 光伏技术 光伏电池 太阳能电池 III-V族太阳能电池

  美国能源部可再生能源实验室对III-V太阳能电池的成本构成和降成本路径进行了多年的持续研究,2013年发布了单结和双结III-V太阳能电池成本结构的初步分析以及潜在的降成本情况,2017年发布了Si串联装置上III-V的成本建模和成本路线图绘图。2018年11月,该实验室发布了III-V太阳能电池在屋顶或地面大规模安装使用的潜力研究报告,并绘制了以低于0.50美元/ WDC为目标的降成本路线图(仅包括太阳能电池本身的成本,不包括任何包装、连接和覆盖玻璃的成本)。报告要点如下:
  1. III-V族太阳能电池技术和市场应用情况概述
  III-V族材料是一类由元素周期表第III族和第V族元素组成的材料,利用这些材料已经制造出世界上最高效率的光伏(PV)电池。除了具有优异的光学和电子特性(包括直接带隙和高电子迁移率)之外,III-V还可以在多结结构中生长,从而可以减少热损失并提高效率。
  与晶体硅(c-Si)太阳能电池相比,III-V太阳能电池由于其优异的耐辐射性和在恶劣环境(包括极端温度)下的良好性能而在空间应用中使用了数十年。
  III-V太阳能电池本身是薄膜形式的,通常只有几微米厚,还可以从基板上移除,制成轻便的可弯曲的柔性太阳能电池,该特性在航空航天应用中极具价值,因为电池的重量直接关系总系统的重量也就是成本,而能将电池贴合到非平面上也是至关重要的。此外,III-V太阳能电池的低温度系数和良好的低光性能可以实现不同位置条件下比c-Si更高的能量产率(kWh / kW)。
  尽管有这么多优点,但III-V太阳能电池在地面上应用的还比较少,最主要的问题就是成本太高:目前的III-V太阳能电池组件价格超过150美元/瓦,这大约是目前主流的c-Si晶硅和碲化镉(CdTe)太阳能电池价格($ 0.30- $ 0.50 / W)的400倍。只有需要III-V太阳能电池特性的应用,包括一些无人驾驶飞行器(UAV)和军事应用上才能接受这个价格。目前,III-V太阳能电池的产量还比较小。
  2. III-V族太阳能电池成本构成
  1)三结电池
  目前市场上存在多种三结太阳能电池设计方法,包括:晶格匹配(LM)GaInP / GaInAs / Ge电池、晶格匹配GaInP / Ga(In)As / GaInNAs稀氮化物电池、倒置变质太阳能电池和直立变质电池。可再生能源实验室将研究重点放在LM on Ge设计上,结构如下图所示,其中单元层通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)沉积,同时假设通过溅射沉积Al 2 O 3 / TiO 2抗反射涂层(ARC)、使用电子束蒸发来沉积金属接触层,其中光刻用于限定前触点,这种工艺代表了当前的主流技术方案。
  典型三结电池结构
  通过对不同参数的成本价格、工艺价格等参数的估算,获得了不同参数对三结太阳能电池直接制造成本的影响情况见下图,可见,产量规模对成本影响最大,其次是Ge板的价格,然后是MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition, 金属有机化学气相沉积)
  实验室假设研发成本和管理成本的占比分别为10%和20%后,结合前面的直接制造成本,估算出了三结电池的整体成本情况如下图:
  2)单结和双结电池
  研究采用的电池结构如下图:
  左侧为单结,右侧为双结
  估算后的单、双结太阳能电池成本构成如下:
  3. III-V族太阳能电池降成本路线图
  根据前面的分析,认为可以在四个方面降低成本:扩大产量、降低外延生长成本、基板成本和金属化成本,其中提高产量是至关重要的。
  1) 提高产量
  以两结太阳能电池为例,实验室对提高产量对成本的降低进行了模拟计算,结果如下图:
  2)降低外延生长成本
  使用MOCVD和D-HVPE增加产量和材料利用率对2J GaInP / GaAs外延层成本的影响如下图
  3)降低基材成本
  使用D-HVPE沉积的2J GaInP / GaAs太阳能电池的制造成本与基板重复使用次数和每次重复使用的抛光成本的关系如下图
  4)降低金属化成本
  无金电镀方法降低金属化成本。
  结合以上方法,形成III-V族太阳能电池降成本路线图,如下
国际能源网微信公众号二维码

扫码关注
国际能源网
扫码关注
光伏头条
扫码关注
储能头条
扫码关注
风电头条

客服电话400-8256-198
新闻举报
返回首页
返回顶部

国际能源网站群

国际能源网 国际燃气网 国际新能源网 国际风力发电网 国际太阳能光伏网 国际新能源汽车网 国际节能环保网 国际电力网 国际煤炭网 国际石油网