朝低成本、大規模生產邁進，新製程讓砷化鎵太陽能價格更親民
2019-06-12作者 Daisy Chuang | 發布日期 2019 年 06 月 11 日 |
相較於矽晶太陽能，砷化鎵等三五族（III-V）族化合物半導體太陽能成本高，縱使轉換效率表現不錯，仍無法成為光電市場主流，不過最近美國與南韓科學家聯手合作，研發全新砷化鎵薄膜製造方法，說不定可以讓三五族太陽能價格更加親民。
三五族半導體太陽能顧名思義，是由元素週期表中三族的鋁、鎵、銦及五族氮、磷、砷等元素所構成，通常這些材料都具有優異的光電轉換特性以及電子傳輸特性，常用在照明、光電產業與通訊技術。
在太陽能領域中，三五族半導體也是佼佼者，最高轉換效率更已突破 43.5%，只可惜價格相當高昂，不適合用在住宅太陽能或是公用事業電廠，並不被大眾所知，它們大多只會出現在航太與無人機等，對效能與輕便性更為注重的領域。
但為什麼三五族太陽能會那麼貴呢？通常在該技術中，科學家得花費大量時間與成本在晶體生長，基板與磊晶技術占整體成本 30%，而現在美國國家再生能源實驗室（NREL）與韓國科學技術院（KAIST）研發全新的砷化鎵太陽能電池磊晶技術：germanium-on-nothing（GON），想要依靠鍺金屬來降低成本。
GON 這名稱大概是從 Silicon-on-nothing（SON）變化而來，科學家透過製造氣洞與氣隙讓矽薄膜跟其它層分離，而 NREL 與 KAIST 目標也是如此，GON 工藝還能製造出圓型與長條型的氣洞。根據團隊在《journal》發表的論文，團隊首先將鍺晶圓打造成多孔結構，再透過氫氣退火（Annealing）對鍺基板進行重組，之後便能在鍺基板上生長砷化鎵電池。
目前團隊也研製出轉換效率達 14.44% 的砷化鎵太陽能電池，NREL 高效率晶體光電部資深科學家 David Young 表示，團隊已證明 GON 工藝不會讓鍺基板產生許多缺陷，表面非常光滑，可以生長出高品質的砷化鎵，未來最佳化工藝後，可以將轉換效率提高至 20% 以上。
除此之外，鍺基板跟砷化鎵電池分離後，還可以重新回到製程中，這樣一來就可以節省不少材料與製造費用，只不過團隊沒有公布鍺基板的使用壽命，也不知到底能省下多少成本，僅表示新工藝可以實現成本效益比高、大規模的三五族太陽能製造願景。
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