处理低品位硅中金属缺陷的新技术

一个由工程师领导的研究小组加州大学伯克利分校，开发了一种处理低品位硅中金属缺陷的新技术，这一进步可以显著降低太阳能电池的成本。

世界上近90%的太阳能电池(或光伏电池)是由高度提纯的硅制成的，这种材料与制造集成电路所用的材料相同。半导体和太阳能电池行业的增长给这种高质量硅的相对有限的供应带来了越来越大的压力，从而推高了材料的价格。

艺术家的印象，一束强烈的同步加速器辐射(从左上方)击中一个太阳能电池，成像的铁杂质。

使用更丰富、更便宜的硅的尝试失败了，因为用这种材料制成的太阳能电池性能不佳。此外，用于去除杂质的制造技术成本高昂，抵消了使用更便宜材料的成本效益。

“我们提出了一种使用脏硅的新方法，”加州大学伯克利分校材料科学与工程教授、劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）高级材料中心的首席研究员、该研究项目的首席研究员艾克·韦伯说。“我们可以将杂质留在其中，而不是将其取出，欧洲杯足球竞彩但可以欧洲杯线上买球通过某种方式对其进行操作，以减少其对太阳能电池效率的有害影响。”

参与该项目的其他加州大学伯克利分校研究人员包括材料科学与工程博士生托尼奥·博纳西(Tonio Buonassisi)和助理研究工程师安德烈·伊斯托洛夫(Andrei ist欧洲杯足球竞彩oro欧洲杯线上买球v)，他们都是LBNL的成员。该团队还包括LBNL高级光源的Matthew Marcus, Argonne国家实验室高级光子源的Barry Lai和Zhonghou Cai，以及太平洋西北国家实验室的Steven Heald。

研究人员表示，8月14日发表在《自然材料》(Nature Materials)杂志上的这一发现，可以通过使用更便宜的材料，大幅降低太阳能电池的成本。欧洲杯足球竞彩

韦伯说:“太阳能经常被吹捧为最有前途和最安全的替代能源，能够减少我们对外国燃料的依赖，同时减少危害世界气候的危险气体的排放。”“目前全球光伏发电的年增长率为30%到45%，这简直是惊人的。然而，如果研究人员和制造商能够进一步降低太阳能电池的成本，太阳能产业可能会增长得更快。”

研究小组使用高灵敏度同步辐射X射线微探针分析了硅中的金属污染物对不同加工方式的反应，该微探针能够探测到小到30纳米的金属团簇。

研究人员发现，分散在硅上的纳米级缺陷限制了电子在失去能量之前能够移动的平均距离。距离越长，称为少数载流子扩散长度，材料的能量转换效率越大。

Buonassi说：“我们发现，管理这些纳米金属缺陷的一种方法是将它们聚集成大团，这样它们对电子的破坏性就更小。”。“将这些金属颗粒比作数百匹马散落在伯克利的街道上。它们会对交通造成很大的破坏。但是如果我们把这些马关在一个围栏里，人们和交通可以更自由地在它们周围走动。”欧洲杯猜球平台

研究人员发现，他们能够通过改变硅的冷却速度来控制金属杂质的分布。当材料快速冷却时，金属缺陷迅速锁定在分散分布中。通过简单地减慢冷却速度，金属杂质扩散成大团簇。

Buonassisi说:“使用这种冷却技术，我们能够将电子的移动距离提高到原来的四倍。”“尽管这仍然没有超纯硅那么高效，但它证明了低质量的硅可以很容易地改进。我们现在正在研究其他技术，可以进一步提高脏硅的效率。”

研究人员指出，改变硅的冷却速度等技术是对当前制造过程进行简单、经济有效的调整。

“我们的目标是主流技术，”韦伯说。“我们提出的方法可能会在制造过程中进行一些调整，从而在更广泛地利用太阳能方面取得实质性进展。”

研究人员说，到2006年，光伏产业预计将比微电子产业使用更多的硅，而保持太阳能的成本效益可能取决于找到利用更脏、更便宜的硅材料的方法。

加州大学伯克利分校的伊斯特拉托夫说:“随着太阳能发电成为主流发电方式，高质量硅的生产跟不上需求。”“由此导致的高等级硅供应短缺，导致其在现货市场上的价格上涨了800%。由于太阳能电池晶片占太阳能电池设备成本的一半以上，这导致了太阳能电池最近价格的上涨。我们相信，我们的工程理念有潜力帮助光伏行业作为替代能源保持竞争力。”

这项研究是由美国能源部的国家可再生能源实验室及其大学晶体硅研究项目支持的。

http://www.berkeley.edu