光伏產(chǎn)業(yè)作為一個利基市場備受政府、社會和個人的關(guān)注，市場需求也在逐年遞增，進而產(chǎn)業(yè)技術(shù)也在不斷推進發(fā)展。本月，nanotechweb參加了在英國理光競技場考文垂舉辦的科學與工業(yè)薄膜和涂層技術(shù)活動。

　　英國IQE公司的Andrew Johnson和英國Leicester的De Montfort大學的Shashi Paul都提出了針對的是不同行業(yè)的可以應(yīng)用在太陽能光伏領(lǐng)域（PV）的制造技術(shù)。

　　作為一個利基市場，超過每美元電力優(yōu)先每克功率，基于空間的光伏領(lǐng)域，到現(xiàn)在為止已經(jīng)承受基于III-V族半導體多結(jié)電池的很高成本，因為它們可以達到30%或更高的效率并且更耐輻射。這項技術(shù)需要將多種半導體材料排列成復雜的結(jié)構(gòu)，這就是為什么它們通常比其他形式的光伏更貴的原因。

　　需求飆升

　　然而，像OneWeb這樣的公司承諾的大規(guī)模擴張的通信網(wǎng)絡(luò)，需要大批量的制造技術(shù)，僅OneWeb就計劃以每周高達15個的速度生產(chǎn)數(shù)百個航天器。此外，太陽能無人機（UAV）使用量的巨大增長意味著衛(wèi)星制造商不再是輕量級，高效率太陽能電池板的唯一客戶。

　　但是，雖然大型剛性太陽能電池板可以容納在太空真空環(huán)境中，但對于無人機來說，太陽能電池必須重量輕，并能夠集成到空氣動力學機身中。因此，添加到需求清單是一個重要的附加屬性：靈活性。因此，鼓勵光伏電池生產(chǎn)商想出可以適應(yīng)多種設(shè)計標準的創(chuàng)新設(shè)計，同時降低成本。

　　約翰遜認為，滿足市場需求擴大的關(guān)鍵是外延剝離（ELO）技術(shù)，該技術(shù)允許III-V族半導體疊層在制造之后從其生長襯底剝離。這樣就減少了電池的總體質(zhì)量，并形成了更容易滿足無人機的機翼和機身的柔性結(jié)構(gòu)。同時，廢棄的基板可以在另一個生長周期中再次使用，進一步降低了制造成本。

　　盡管ELO與傳統(tǒng)的硅處理技術(shù)相比仍然相對昂貴，但Johnson引用了一個可以保持低成本的變體。所提出的方法涉及到通過電化學蝕刻在單晶硅晶片中形成多孔頂層。退火材料會在多孔和原始硅之間的界面處產(chǎn)生平面空隙，從而允許頂層部分脫離。在剝離之前，可以通過化學氣相沉積（CVD）在頂部生長另一薄層單晶硅，產(chǎn)生柔性的2-3微米的單晶膜，其可以用作其他半導體材料的生長基底。

　　由Shashi Paul提出的一種新型等離子體增強CVD在太陽能電池制造中也有應(yīng)用。Paul的技術(shù)被稱為Ra方法，可以制造各種形狀的硅納米線。由于該工藝的溫度低于400°C（對于某些納米線形態(tài)，甚至低于150°C），所以與其他技術(shù)相比，能耗更低，并且可以使用廉價的玻璃或柔性塑料基材。持續(xù)的專利申請意味著該過程的全部細節(jié)不能被公開，但是保羅直接地說明利用不到氣-液-固（VLS）增長機制。

　　通過該技術(shù)制造的硅納米線在寬范圍的波長和入射角下表現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收性能，并且Paul報道接下來的金屬化層可以容易地施加。太陽能電池的效率很大程度上取決于所使用的材料的純度和晶體結(jié)構(gòu)，這是Ra方法可以容易實現(xiàn)的。此外，在生長過程中使用的催化劑的選擇允許將各種摻雜劑引入到納米線中，從而可以實現(xiàn)產(chǎn)生效率高達6%的薄膜PV電池并且具有超過15%的潛力的組合物。

　　Paul指出，雖然電池電極性能對硅的質(zhì)量和純度的敏感性要比太陽能電池的性能低得多，但是在循環(huán)過程中離子遷移所引起的應(yīng)力會帶來不同的挑戰(zhàn)。硅的高電荷容量使其成為下一代鋰離子電池的有前景的陽極材料，但前提是能夠使這些應(yīng)力更具彈性。

　　事實證明，保羅的技術(shù)所生產(chǎn)的納米線可以彎曲，使得它們可以在不失敗的情況下適應(yīng)離子，這意味著容量可以維持數(shù)百個循環(huán)。盡管之前已經(jīng)證明了硅納米線的這種性質(zhì)，但是現(xiàn)有的制造技術(shù)在更高的溫度下發(fā)生，所以不能擁有與保羅的Ra方法相同的所有優(yōu)點。