2008年9月15日
犹他大学工程师发明了一种新的片薄的晶圆化学元素锗用于最有效的类型的太阳能电池。他们说这些细胞的新方法应该降低成本通过减少浪费和破坏的脆性半导体。
半导体晶片的元素锗,作为底层的高效太阳能电池。犹他大学的工程师们设计了一种新的方式来减少晶片,更少的昂贵的材料在切割过程中被浪费了。锗基太阳能电池的方法可以降低成本和使他们更经济的使用。因为他们的高成本,他们现在主要用于航天器。
昂贵的太阳能电池目前主要用于航天器,但改进后的切片方法,“我们的想法是让锗基,高效的太阳能电池的使用成本现在是一个因素,”尤其是对太阳能在地球上,埃伯哈德说“Ebbe”班贝克,机械工程助理教授。“你想做什么在你的屋顶上。”
Dinesh Rakwal,博士生在机械工程中,补充道:“我们提出更有效的方式使太阳能电池-锗片降低成本和重量这些太阳能电池,让他们没有缺陷。”Bamberg and Rakwal are publishing their findings in the Journal of Materials Processing Technology. Their study has been accepted, and a final version will be published online late this month or in early October, and in print in 2009.
摩擦材料,钢丝锯现在被用来从圆柱形锗单晶锭片圆晶片。但脆弱的元素很容易裂缝,要求碎片回收,锯的宽度意味着大量的锗在切割过程中丢失。锯方法开发的硅晶片,大约100倍。切片的太阳能电池晶片的新方法——被称为丝电火花加工(有线)——浪费更少的锗和产生更多的晶圆切割更薄的晶片和更少的浪费和开裂。该方法使用一个极薄的钼丝的电流流过。之前它已经被用于加工金属在制造工具。
“就像我们使用突破性技术开发Cromax®箴水性结束,我们开发了一个创新的工具来帮助我们的销售团队和批发商沟通产品的好处,”弗雷德说Wissemann,杜邦修补品牌经理。“我感谢艾伦•McConachie领导这获奖项目。犹他大学的工程师们设计了一种新的片薄的晶圆化学元素锗用于最有效的类型的太阳能电池。他们说这些细胞的新方法应该降低成本通过减少浪费和破坏的脆性半导体。
昂贵的太阳能电池目前主要用于航天器,但改进后的切片方法,“我们的想法是让锗基,高效的太阳能电池的使用成本现在是一个因素,”尤其是对太阳能在地球上,埃伯哈德说“Ebbe”班贝克,机械工程助理教授。“你想做什么在你的屋顶上。”Germanium serves as the bottom layer of the most efficient existing type of solar cell, but is used primarily on NASA, military and commercial satellites because of the high expense – raw germanium costs about $680 per pound. Four-inch-wide wafers used in solar cells cost $80 to $100 each, and the new cutting method may reduce the cost by more than 10 percent, says Grant Fines, chief technology officer for germanium wafer-maker Sylarus Technologies in St. George, Utah.
“任何可以降低这些成本最终会降低太阳能发电每千瓦时的成本,这是有益的,”并将鼓励更广泛地使用太阳能,他补充道。“这就是为什么这种技术Ebbe想出了很有趣的。”Sylarus is considering using the new method, but must determine if it can be scaled up so wafers can be mass-produced in a commercially viable manner, Fines says.
班贝克的方法将“减少我们必须回收,提高产量,”他补充道。“它有可能给良好的储蓄,这有助于使这一技术在地球上。”专利正在等待的方式使用新方法,以便多个平行带电电线用于削减锗晶片——大规模生产方法相比之下班贝克鸡蛋切片机。
将高效太阳能电池到地球
锗是一种半导体的底部多结太阳能电池。上面层gallium-indium-arsenide gallium-indium-phosphide。层共同捕捉不同波长的阳光,和锗也作为太阳能电池的底物是“成长”。When sunlight hits a solar cell, the energy is converted to a flow of electrons in the cell, namely, electricity.
地球上的硅基太阳能电池最大效率为20%,罚款说。在太空,锗的太阳能电池通常将28%的太阳光转化为电力,但地球上的太阳能集中器,他们可以超过40%的太阳光转化为电力,理论上及其效率超过50%,他补充道。尽管锗基太阳能电池的效率更高,2005年的一项调查发现,94%的使用进行技术改造是硅太阳能电池,因为比锗硅是更便宜和更少的脆弱,犹他州的研究人员说。
班贝克说锗基太阳能电池使用在大多数飞船,因为他们是更有效的比硅基太阳能电池更轻。使它更有吸引力的经济高效锗太阳能电池屋顶上,太阳能电池板的重量和大小可以减少“所以不麻烦你从美学上讲,”他补充道。新方法可能使锗基太阳能电池与低效率的竞争,但地球上使用的硅基太阳能电池便宜,班贝克说。
更少的浪费,更多的晶片
在新方法中,钼丝实质上是一个电极,它是连接到一个脉冲电源,在切割过程中导线的指控。
圆锗锭取决于水平的支持,以及降低线成锭作为新的线是不断从供应管路更换切割钢丝穿。沿着线薄,合成油注入,提高导线上的电荷和冲去的材料在切割过程中融化。这个过程是缓慢的。丝电火花加工需要14小时减少单一晶片。班贝克说,充电线方法做轻轻避免开裂锗,但是他希望增加的速度需要六个小时现在使用线锯切薄片。
线锯采用摩擦钢厚度约170或180微米的一米)。犹他州研究人员使用钼丝75到100微米厚,比人类头发厚一点。少了锗在切片过程中被浪费了,因为切割线电气化是薄。研究发现,一个100微米厚着火明显减少浪费和增加晶片的数量可以由锗锭,但薄75微米宽线做的更好。
“在当前标准晶片厚度为300微米,可以产生高达30%多的晶片使用我们的方法”75微米宽线,班贝克说。“因为我们产生裂纹免费,我们也可以让他们变得更苗条标准技术。如果你去一个100微米厚的薄片,可以弥补57%的晶片(来自同一锗锭)。这是一个巨大的数字。”
使晶片薄会降低他们的成本,因为更多的是由相同的锭,他