저렴한 비용으로 고효율 갈륨 비소 무료 바카라 전지를 만들었습니다

국립 고급 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji 의장] (이하 "AIST"라고 불리우는), 무료 바카라 광 발전 연구 센터 [연구 센터 Koji Matsubara], 고급 다중 주단 장치 팀, Sugaya Takeyoshi, 리서치 팀, Oshima Takaharu, Makita, Makita Stureder, Hass and Hass a Hass and Hass a Hass a Hass a Hass a Sugima Takeyoshi의 고급 다기능 장치 팀 높은 처리량에서 저비용으로 갈륨 비 세나이드 (GAAS) 무료 바카라 전지를 제조 할 수있는 에피 택시 (HVPE) 장치

무료 바카라 전지의 발전 효율을 높이는 차세대 기술, 여러 유형의 무료 바카라 전지가 쌓입니다다중 접합 무료 바카라 전지의 연구 및 개발 최근 몇 년 동안 적극적으로 진행되었습니다 무엇보다도 GAAS 무료 바카라 전지는 무료 바카라 전지에 있습니다발전 효율다기능 무료 바카라 전지의 우수한 제품으로상단 셀ya중간 셀로 사용될 것으로 예상됩니다 그러나 GAAS 무료 바카라 전지를위한 금속 유기 증기 상 증착 (MOVPE) 장치를 사용한 기존의 제조 방법은 높은 제조 비용을 가지며 제조 비용을 줄이는 기술이 필요했습니다

이번에는 3 개의 당사자는 HVPE 방법을 사용하여 필름 증착 기술에 중점을 두 었으며, 이는 Movpe 장치에 비해 제조 비용이 상당히 낮아지고 고속으로 퇴적 할 수있는 무료 바카라 전지를 제조하기위한 HVPE 장치 개발 작업을 수행했습니다 개발 된 HVPE 장치를 증착하는 메커니즘은 다중 교체 시스템에 의해 채택되며, 장치는 제조 할 수있는 무료 바카라 전지의 크기와 직경을 높이기 위해 수평 수직 유형에 배치됩니다 또한, GAAS 무료 바카라 전지는 전체 기판에 대해 우수한 균일 성으로 제조 될 수있어 평면 내 균일 성이 우수하며 동일한 장치를 사용하여 만든 프로토 타입 GAAS 무료 바카라 전지는 HVPE 장치에 대해 203%의 세계적 수준의 발전 효율을 달성했다 이 성과는 무료 바카라 전지 생산을위한 HVPE 장치의 상용화를 지원할 것으로 예상됩니다

이 기술의 세부 사항은 AIST Solar Power Generation Research Research Research Report Report 2017에서 발표 될 예정이며, 2017 년 6 월 13 일부터 14 일까지 Tsukuba International Conference Center (Tsukuba City, Ibaraki Prefture)에서 개최됩니다

반응기 (왼쪽)의 성장 메커니즘 (왼쪽) 및 이번에 개발 된 HVPE 장비의 원자로 (오른쪽)

현재 무료 바카라 전지의 주류 인 실리콘 (SI)단일 접합 무료 바카라 전지의 발전 효율 이론적 한계에 접근하고 있습니다 따라서, 상이한 파장을 갖는 무료 바카라 광을 효과적으로 활용하기 위해, 다중 접합 무료 바카라 전지는 상이한 파장 범위의 흡수 조명 범위를 갖는 다수의 무료 바카라 전지로 적층되어 발전 효율을 증가시키는 차세대 기술로 개발되고있다 그들 중III-V 화합물 무료 바카라 전지중 하나 인 GAAS 무료 바카라 전지는 다른 무료 바카라 전지보다 더 나은 발전 전환 효율을 가지며 다기능 무료 바카라 전지의 최고 세포 및 중간 세포로 사용될 것으로 예상됩니다

MOVPE 제조 장비는 주로 GAAS 무료 바카라 전지의 제조에 사용되지만, 갈륨 (GA) 및 인듐 (IN)의 원료로 비싸고 현재 농축 무료 바카라 전지 및 우주 사용에 사용되는 트리메틸 갈륨 및 트리메틸 린듐과 같은 유기 금속이 있기 때문에 제조 비용은 높습니다 GAAS 무료 바카라 전지의 일반적인 응용으로 GAAS 무료 바카라 전지의 사용을 촉진하기 위해, 저렴한 순수 금속을 사용하여 필름 형성 비용을 줄이고 Movpe 장치의 10 배 이상의 필름 형성 속도를 달성 할 수있는 HVPE 장치는 관심을 끌었지만 필름 형성의 제어 속도와 균일 한 균일 성이 존재하지 않는 HVPE 생산량과 균일 한 제품 사이의 균일 성을 달성 할 수 있습니다 또한 미국 Renewable Energy Research Institute (NREL)는 무료 바카라 전지 생산 목적으로 수직 용광로 (그림 1)의 프로토 타입을 만들고 있지만 수직 용광로의 과제는 필름 형성 영역을 늘리고 상업용 기계 실현에 필요한 직경을 높이는 것입니다

그림 1 HVPE 장치 유형 일반 수직 용광로 (왼쪽) 및 개발 수평 수직 용광로 (오른쪽)

AIST 무료 바카라열 발전 연구 센터는 2015 년부터 초고 효율, 저비용 III-V 화합물 무료 바카라 전지 모듈의 연구 및 개발에서 GAAS 무료 바카라 전지 비용을 줄이기 위해 노력하고 있습니다 또한 Taiyo Nippon Sandwich 및 도쿄 농업 기술 대학은 갤리움 니트라이드 (GAN)벌크 보드의 제조 사용을위한 수평 수직 HVPE 장치를 개발해 왔습니다 이번에는 세 당사자가 공동으로 GAAS 무료 바카라 전지 제조를위한 상용 기계를 개발하기 위해 수평으로 장착 된 수직 HVPE 장치를 개발하는 작업을 수행했습니다

이 연구 및 개발은 국가 연구 개발 기관의 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 기관의 계약 프로젝트에 의해 지원되었습니다 "고성능, 고 신뢰성 무료 바카라 광 발전 / 연구 및 혁신적인 구조화 된 무료 바카라 광 세포 / 연구 및 초고적 인 III-V 화합물 기술 개발의 개발 및 개발 및 연구 개발에 대한 전력 발전 비용을 줄이기위한 기술 개발 (저렴한 III-V 복합 기술 개발) (2015-2017)

무료 바카라 전지를위한 상업용 HVPE 항공기를 개발할 때, 우리는 열 대류 및 가스 온도를 쉽게 제어 할 수있는 수평 수직 용광로를 기반으로 장치를 개발하고 있으며 크기 및 직경을 높이는 데 유리합니다 개발 된 HVPE 장치의 반응기는 GA 및 IN의 원료 금속을 함유 한 보트가 설치되고 GAAS 기판이 설치되는 기판 섹션 (그림 2)으로 구성된 원료 섹션으로 구성된 비 바쿠움 및 간단한 장치 구조를 갖습니다 (그림 2) 원료 및 기판 부품은 각각 독립적 인 전기 용광로 히터에 의해 850 ℃ 및 710 ℃로 가열된다 HVPE 장치는 염화 수소 (HCL) 가스를 사용하기 때문에 반응기, 원료 노즐 및 원료 보트는 쿼츠로 만들어졌으며, 이는 부식성이 우수합니다 이번에 GAAS 무료 바카라 전지는 GAAS 및 Indium gallium 인 (INGAP) 층을 포함하는 다층 구조로 구성됩니다 (그림 3) 이들 필름 형성에 필요한 갈륨 클로라이드 (GaCl) 및 인듐 클로라이드 (포함)는 노즐로부터 공급 된 HCl 가스를 보트의 원료 금속과 반응함으로써 생산된다 외부 노즐에서 무신 (Ash₃), 포스 핀 (pH₃), N- 타입 제어 용, p-type도핑 원료의 황화수소 (H₂s), dimethylzinc (dmzn) 등이 제공됩니다 이 원료 가스는 같은 라인에서 공급됩니다 (H₂) 필름은 담체에 의한 혼합 및 균질화에 의해 형성된다 석영 보트는 HCL 가스와 원료 금속 사이의 효율적인 반응을 허용하여 30 μm/h 이상의 고속 성장을 달성하여 전형적인 Movpe 장치에서는 어려웠습니다

그림 2 개발 된 HVPE 장비 (아래)의 반응기 (상단) 및 반응기 내부의 개략도

HVPE 장치₂H₂캐리어의 혼합 가스와 원료가 기판에 도달하는 데 1-2 분이 걸립니다 따라서 가스 유형을 간단히 전환하여 필름 유형을 즉시 전환 할 수 없으며, 고속으로 다층 구조를 안정적으로 증착하기 위해 구조적 독창성이 필요했습니다 이 경우, GAA를 퇴적하기위한 필름 형성 챔버 A, 퇴적을위한 필름 형성 챔버 B 및 퇴적을위한 필름 형성 챔버 B₃, ph₃대기 열 청소를위한 대기실 C의 3 챔버 멀티 챔버 시스템이 채택되었습니다 가스의 확산으로 인해 원시 가스가 각 방에 오염되고 필름의 품질이 저하되는 것을 방지하기 위해 노즐 모양이 개선되어 원시 가스가 노즐에서 기판으로 퍼지지 않도록 개선되었습니다 멀티 캠버링에 의해, 필름 형성을위한 상이한 유형의 가스를 갖는 필름 형성 챔버를 미리 준비하고, 필름 형성 챔버를 적절한 타이밍 (도 4)으로 전환하여 명확한 인터페이스를 갖는 다층 구조의 필름 형성을 실현 하였다

그림 4 개발 된 HVPE 장치의 성장 시퀀스에 대한 개요

이번에 개발 된 HVPE 장치를 사용하여 형성된 GAAS 무료 바카라 전지의 전류-전압 특성을 조사했을 때 (그림 5)단락 전류 밀도264 ma/cm²,개방 회로 전압093 V,곡선 계수830% 및 203%의 발전 효율이 얻어졌습니다 이 결과는 세계 최상위 HVPE 성능이 개발 된 수평 적으로 스탠드 수직 HVPE 장치로 실현 될 수 있으며, 이는 NREL에 의해 생성 된 수직 원자로에 의해 생성 된 GAAS 무료 바카라 전지 (206%의 효율)와 거의 동일하다는 것을 보여준다

이 HVPE 장치의 개발에서, 높은 균일 성을 유지하는 것이 중요하며, 이는 보드의 크기 및 직경에 기여합니다 전형적인 수직 용광로와 비교할 때, 가스 흐름은 반응기의 설계 및 원료 가스의 비중에 의해 크게 영향을 받기 때문에, 기판에 원시 가스를 균일하게 공급하기가 어렵다 균일 성을 개선하기위한 기술로서, 원료 노즐이 개선되어 원료 가스가 기판에 균일하게 공급되고 기판 회전 메커니즘이 도입되었다 이 장치를 사용하여 2 인치 GAA 기판에 제조 된 5 μm 두께의 GAAS 박막의 필름 두께 분포를 조사했을 때 (도 6), 평면 내 균일 성은 이전 기술에서 301% 였지만 개선 된 장비는 균일 성을 25%로 향상시켜 균일 성이 우수한 GAAS 무료 바카라 세포를 생성하기에 충분한 성능을 달성했습니다 이 기술은 더 큰 직경이 4 인치 이상이되며 산업용 사용에 사용됩니다

위의 기술은 고속 필름 형성으로 고효율 GAAS 무료 바카라 전지를 제조하는 수평 수직 HVPE 장치를 상업적으로 사용할 수 있으며 GAAS 무료 바카라 전지 제조 비용을 크게 줄일 것으로 예상됩니다

그림 6 (왼쪽) (왼쪽) 2 인치 웨이퍼에서 5 μm 두께의 GAAS 필름의 필름 두께 분포, 초기에 개발 된 (이전 기술), 노즐 개선 후 (중간), (오른쪽) (오른쪽) 노즐 개선 후

앞으로 GAAS 무료 바카라 전지가 일반적으로 널리 사용될 수 있도록 추가 비용과 더 높은 효율성을 계속 연구 할 것입니다 특히, 생산성을 향상시키기 위해, 회사는 100 μm/h 이상의 필름 형성 속도로 4 인치 이상의 큰 직경 기판에 무료 바카라 전지를 균일하게 퇴적하는 기술을 개발할 것입니다 또한 AIST의 소유입니다스마트 스택 기술를 사용한 접합을 사용하여 HVPE 장치에 의해 제조 된 저렴한 GAAS 무료 바카라 전지와 저렴한 SI 무료 바카라 전지를 결합한 저렴한 고효율 다기능 무료 바카라 전지를 실현하는 것을 목표로합니다

◆ 멀티 접합 무료 바카라 전지

일련의 시리즈 무료 바카라 전지 (서로 다른 파장의 햇빛을 흡수하는)에 의해 만든 무료 바카라 전지는 광범위한 파장의 햇빛을 흡수하여 전환 효율을 증가시킵니다 출력 전압은 각 셀의 전압의 합이므로 접합 수가 클수록 출력 전압이 클수록 무료 바카라 전지의 접합 수에 따라,이를 2-, 3- 및 4- 접합 무료 바카라 전지라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 상단 셀, 중간 셀

3 가지 접합 무료 바카라 전지의 경우, 가장 표면 측에 위치한 무료 바카라 전지는 상단 셀이라고하며, 중간에 위치한 무료 바카라 전지를 중간 세포라고하며, 가장 기질 측면에 위치한 무료 바카라 전지를 하단 세포라고합니다 상단 셀은 밴드 갭이 가장 큰 반도체를 사용하고 짧은 파장의 빛을 흡수하고 더 긴 파장을 전달합니다 하단 셀은 가장 작은 밴드 갭을 갖는 반도체를 사용하고 상단 및 중간 셀을 통해 전달되는 빛을 흡수합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 발전 효율

무료 바카라 전지의 발전 효율은 생성 된 전기 에너지/입력 광학 에너지 x 100%에 따라 계산됩니다 일반적으로 무료 바카라 시뮬레이터라는 의사 정극 광원을 사용하여 측정됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 단일 정션 무료 바카라 전지

SI와 같은 단일 재료로 구성된 무료 바카라 전지 흡수 될 수있는 파장은 재료에 따라 다르고 흡수 할 수없는 파장을 갖는 햇빛은 전송으로 인해 손실됩니다 이론적으로 발전 효율의 약 29%가 Si 무료 바카라 전지의 한계입니다[참조로 돌아 가기]

◆ III-V 화합물 무료 바카라 전지

그룹 III 요소 (GA, IN 등) 및 그룹 V 요소 (P, AS 등)로 구성된 화합물 반도체로 구성된 무료 바카라 전지 Gaas, INP, Ingap 및 Ingaas가 있습니다 이들 무료 바카라 전지의 전환 효율은 매우 높지만, 문제는 제조 비용이 높고 현재 우주 및 조명 수집에 주로 사용된다는 것입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 벌크 보드

결정 성장 및 장치 제조에 사용되는 단일 물질로 제조 된 단결정 기판[참조로 돌아 가기]

◆ 도핑 원료

도핑은 전도성을 제어하기 위해 GAA와 같은 반도체 재료에 불순물 요소를 추가하는 과정입니다 도핑에 사용되는 원료를 도핑 원료라고합니다 GAAS 무료 바카라 전지에서, PN 구조는 전형적으로 아연 (Zn) 및 황 (S)으로 도핑 된 N- 층을 쌓아서 PN 구조를 만들어 낸다[참조로 돌아 가기]

◆ 단락 전류 밀도

무료 바카라 전지가 단락에 넣을 때 흐르는 전류 밀도 일반적으로, 표준에 의해 정의 된 조명 및 스펙트럼을 갖는 햇빛이 참조 햇빛으로 조사 될 때 얻은 전류 밀도를 나타냅니다 J_SC[참조로 돌아 가기]

◆ 개방 회로 전압

무료 바카라 전지가 전기적으로 열릴 때 얻은 전압 일반적으로, 표준에 의해 정의 된 조명 및 스펙트럼을 갖는 햇빛이 참조 햇빛으로 조사 될 때 얻은 개방 회로 전압을 나타냅니다 다섯_OC[참조로 돌아 가기]

◆ 곡선 계수

FF (Fill Factor)라고도하는 무료 바카라 전지의 성능을 나타내는 지표 중 하나입니다 FF는 무료 바카라 전지의 단위 면적당 최대 출력 (PMAX)이며 개방 회로 전압 (V_OC) 및 단락 전류 밀도 (J_SC)의 제품으로 나누어 계산할 수 있습니다
ff (%) = pmax ÷ (v_OC× j_SC) × 100[참조로 돌아 가기]

◆ 스마트 스택 기술

발라듐 (PD) 나노 입자를 다수의 무료 바카라 전지 세포의 접합 인터페이스에서 전기 또는 광학 손실없이 결합시키는 기술 PD 나노 입자가 정션 인터페이스에서 개입되는 스마트 스태킹 기술에서, 표면이 반드시 원자 적으로 평평 할 필요는 없으며, 그룹 III-V 화합물뿐만 아니라 그룹 III-V/CIGS 그룹 III-V/CIG를 결합 할 수있게한다[참조로 돌아 가기]