作者 Daisy Chuang | 發布日期 2019 年 08 月 05 日

超過 50 年歷史的製造技術再進化後，科學家們得出超越過去、超級亮眼的成果。最近美國國家再生能源實驗室 （NREL）改良過去半導體材料磊晶製程，除了將砷化鎵製造速度提高 20 倍，也研製出轉換效率達 25% 的太陽能板，更有機會將三五族（III-V）太陽能成本降至每瓦 0.2 到 0.8 美元。

三五族化合物半導體是由元素週期表中三族的鋁、鎵、銦及五族的氮、磷、砷等元素所構成，由於優異的光電特性，常用於 LED、通訊與太陽能，像是磷化銦鎵、砷化鎵等便是太陽能領域的佼佼者，最高轉換效率已突破 43.5%，然而三五族太陽能成本高、製程難，我們只能在衛星、無人機等利基市場上看到它們的身影。

其中有機金屬氣相磊晶（MOVPE）是常見的太陽能電池製程，透過有機金屬氣體在基板上成長半導體薄膜。而 MOVPE 關鍵設備為反應室，首先晶片會在裡面被加熱到 1,000°C 以上，之後透過載體氣流將金屬有機物輸送進反應室，金屬有機物遇到高溫產生反應後沉積，形成晶體，過程快速且允許大量製作。

只不過參數不易控制，難以精準調整有機金屬氣體分子噴出來的量，因此磊晶過程相當耗時，生長速度大約每小時 15 微米。對此 NREL 決定換一種方法試試，他們改良 50 年歷史的氫化物氣相磊晶法（HVPE），該技術是用金屬催化的方式成長晶型，磊晶速度較快，NREL 科學家開發出設有兩個反應室的 HVPE 機台，用兩個反應室進行不同的化學沉積，並稱之為動態氫化物氣相磊晶法（D-HVPE）。

與 MOVPE 製程相比，D-HVPE 能以每小時 320 微米的速度生長砷化鎵半導體層，以及每小時 206 微米速度生長的磷化銦鎵，速度最快提高 20 倍，除此之外，也可以省下許多化學反應所需的昂貴前體材料。

目前團隊已經透過 D-HVPE 技術製造出轉換效率達 25% 的太陽能電池，預計能再將效率提高至 27%，並放眼超越 MOVPE 的 29％。NREL 科學家 Kevin Schulte 表示，為了達成目標，團隊還要持續改良。

NREL 戰略能源分析中心 Kelsey Horowitz 表示，隨著進一步最佳化技術和商業化量產，三五族太陽能電池的製造成本有望降至每瓦 0.2 到 0.8 美元。

該團隊希望能研發出製造速度大為提高，太陽能效率也相同，甚至超越過去的技術，過去 MOVPE 技術在 1970 年時取代 HVPE，未來說不定某天，新一代的 D-HVPE 能超越 MOVPE 製程。目前研究已發表在《Nature Communications》。

https://technews.tw/2019/08/05/dhvpe-pk-movpe/

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