고효율 다기능 안전한 바카라 사이트 전지의 확산을 가속화하기위한 기술 개발 된 기술

국립 선진 산업 과학 및 기술 연구소 [Ishimura Kazuhiko의 회장] (이하 "AIST"로 언급) 제로 배출 국제 공동 연구 센터 [Lesearch Center Director Yoshino Akira] Multi-Junction Solar Cell Research 팀, Sugaya Takeyoshi, and Oshar and and Oshar and Oshar and Oshar and Oshar and Oshathi, and Osharu and and Osharu and and Osharui, Sugaya Takeyoshi, Shoji 초청 된 연구원 Makita Norio는 Taiyo Nippon Sansho Co, Ltd하이드 라이드 증기 증착 (HVPE) 메소드를 사용하여, 알루미늄 (AL) 기반 재료의 형성 및 안전한 바카라 사이트 전지에 적용 할 수있는 장치가 개발되었다

HVPE 방법은 기존의 필름 증착 기술, 특히III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지그러나, AL- 기반 물질을 퇴적시키는 데 어려움이 있었으며, 이는 안전한 바카라 사이트 전지의 효율을 향상시키는 데 필수적이다 이번에는 반응기 내부의 AL 원자재를 500 ° C의 저온에서 가열 할 수있는 장비와 석영 반응기와 반응하기 어려운 알루미늄 트리클로라이드 (ALCL₃)를 생성함으로써, 고품질 알루미늄, 인듐, 갈륨, 인 (ALINGAP) 및 알루미늄, 비소 (ALAS) 층을 퇴적하여 안전한 바카라 사이트 전지에 소개 할 수 있습니다 ALINGAP가 도입 된 Indium-Gallium-Phosphorus (IngAP) 안전한 바카라 사이트 전지에서,표면 근처의 전류 손실억제발전 효율개선 또한, ALAS 층을 사용함으로써, 비싼 기판 및 제조에 필요한 안전한 바카라 사이트 전지 층을 분리 할 수 있으며, 기판을 재사용하여 비용을 줄일 수있다 또한, 분리 된 안전한 바카라 사이트 전지 층은 박막이므로 AIST가 소유 한 결합 기술입니다스마트 스택| 적용 할 수 있고, 다른 재료와의 결합은 효율성과 비용을 더욱 증가시킬 수 있습니다 이번에 개발 된 기술은 III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지의 비용 절감 및 효율에 크게 기여하는 기술이며, 초 고효율 안전한 바카라 사이트 전지를보다 접근하기 쉽게 만드는 획기적인 것으로 예상됩니다

III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지Bandgap다른 재료의 적층다기능 구조를 형성함으로써, 안전한 바카라 사이트 광에 의해 사용되는 파장 범위가 확장 될 수 있고, 높은 발전 효율을 얻을 수있다 안전한 바카라 사이트 전지 세포는 밴드 갭이 햇빛의 입사 측에서 감소하고 상부 세포를 통해 전달되는 빛이 하부 세포에 의해 흡수되도록 직렬로 연결됩니다 특히 그룹 III-V 화합물 재료를 사용합니다다중 접합 안전한 바카라 사이트 전지인공 위성 및 기타 소스에는 발전 효율이 가장 높고 방사선에 내성이 있기 때문에 사용됩니다 그러나 전기 자동차와 같은 친숙한 품목에서 수년간 널리 사용될 것으로 예상되었지만 높은 제조 비용이 주요 문제였습니다 높은 제조 비용의 주된 이유는 기존의 필름 증착 방법이 원료와 기판을 생산하는 데 비싸기 때문에 필름 증착 속도가 느리기 때문입니다

AIST는 2015 년부터 III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지의 생산 비용을 발표했습니다Metalorganic 증기 증착 방법보다 현저하게 감소 될 수있는 HVPE 방법을 사용한 필름 증착 기술에 중점을두고, 우리는 Taiyo Nippon Sandwich (AIST : 저렴한 비용으로 고효율 갈륨 비소 무료 바카라 전지) 이 기술을 사용한 고속 필름 형성이 입증되었지만, IngAP 안전한 바카라 사이트 전지의 고성능 및 기판 비용은 주요 문제이며, 이러한 문제를 해결하기 위해 AL 기반 재료의 고품질 필름 형성이 필요했습니다 그래서 이번에는 Alcl₃선구자로 공급할 수있는 HVPE 방법 장치를 개발하고 Alingap 및 ALAS와 같은 고품질 필름 형성 및 안전한 바카라 사이트 전지에 대한 적용을 수행했습니다

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이번에는 AL 기반 재료의 고품질 필름 형성을 가능하게하는 HVPE 장치를 성공적으로 개발했습니다상단 셀이사회 비용과 관련된 문제 해결

① AL 기반 재료의 고품질 필름 형성을 가능하게하는 HVPE 장비 개발

HVPE 방법에서, 순수 금속을 염화수소 (HCL) 가스와 반응하여 생성 된 금속 염화물은 그룹 III 원료의 전구체로 공급됩니다 (그림 1) GAA 또는 INGAP를 형성 할 때 GA 또는 금속으로 금속으로 700-850 ° C의 온도에서 HCL 가스와 반응하여 흑백 (GACL) 및 인듐 모노 클로라이드 (포함) 및 H₂가스에 의해 기판 근처에서 운반됩니다 출발점으로서 HCL 가스와의 반응의 결과로, 반응기 및 좋아요는 일반적으로 부식성이 우수한 석영으로 만들어집니다 한편, 알루미늄 모노 클로라이드 (ALCL)는 석영 반응기를 격렬하게 감소시켜 불순물을 필름 형성 층으로 혼합하고 반응기 손상을 일으켜 전구체로 사용될 수 없다 이 문제에 대한 응답으로, 우리는 반응기 내부의 AL 원자재를 500 ° C의 저온에서 가열 할 수있는 새로운 장치를 개발하여 ALCL의 생성 및 석영과의 낮은 반응성을 억제합니다₃(그림 1, 그림 2)

② 다중 접합 안전한 바카라 사이트 전지의 상단 셀의 높은 성능

매우 효율적인 다중 접합 안전한 바카라 사이트 전지를 제조하려면 각 구성 셀의 성능을 향상시키는 것이 중요합니다 특히, INGAP 상단 셀의 성능을 향상시키기 위해, ingap보다 더 큰 밴드 갭을 갖는 Alin (GA) p 층을 증착하여 표면 근처의 전류 손실을 억제하는 것이 필수적이다 개발 된 HVPE 장치는 Alingap 층의 고품질 필름 형성을 가능하게하며, 표면을 비활성화 할 수 있으며 이는 전류 손실의 원인이었습니다 결과적으로 출력 전류가 증가하고 발전 효율이 향상되었습니다 (그림 3) HVPE 방법에 의해 형성된 Alingap 층이 안전한 바카라 사이트 전지 장치 내에서 기능하는 것으로 입증 된 것은 이번이 처음이다

③ 얇은 안전한 바카라 사이트 전지 및 이종 물질의 결합의 시연

기판 비용은 III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지의 제조 비용의 많은 비율을 차지합니다 HVPE 방법은 저렴한 원료를 사용하여 안전한 바카라 사이트 전지를 퇴적하는 비용을 줄이지 만 기판의 비용은 해결할 수 없었습니다 그러나 이번에 개발 된 장치는 ALAS 필름을 입금 할 수있게 해주 었으며, 기판 비용의 문제에 대한 경로가 발견되었습니다 ALAS 층이 기판과 안전한 바카라 사이트 전지 층 사이에 샌드위치 된 후, ALAS 층만이 하이드로 플루오르 산으로 제거되어 HVPE 방법에 의해 제조 된 안전한 바카라 사이트 전지 층이 기판으로부터 분리 될 수 있음을 보여 주었다 (도 4) 껍질이 벗겨진 안전한 바카라 사이트 전지 층을 갖는 기질을 재사용 할 수 있기 때문에 기판 비용을 줄일 수 있습니다 또한, 안전한 바카라 사이트 전지 층이 제거되어 박막으로 바뀌어 AIST가 소유 한 반도체 접합 기술인 "스마트 스택"을 사용할 수 있으며 발전 효율을 향상시키기 위해 다른 재료에 접착 될 수 있습니다 (그림 5) 이번에는 GAAS 세포를 사용하여 분리 및 결합을 입증했지만, ingap 세포 및 다기능 구조에서도 필링 및 결합을 수행 할 수있다

미국 Renewable Energy Institute, ALCL₃반응기 외부에서, HVPE 방법을 사용한 Alin (GA) P 및 AlgaA의 필름 형성이 달성되지만 결정 품질에 문제가 있으며 안전한 바카라 사이트 전지에 도입 될 때 전환 효율이 개선되지 않았다 또한, 다른 물질의 안전한 바카라 사이트 전지 분리 또는 결합의 증거는 없었다 이번에 개발 된 장치는 ALCL입니다₃반응기 내부는 불순물 섭취를 억제하여 고품질 AL 기반 재료를 형성 할 수있게합니다 HVPE 방법을 사용하여 안전한 바카라 사이트 전지에서 AL- 기반 재료를 사용함으로써, 고속 및 저렴한 비용으로 고효율 안전한 바카라 사이트 전지를 제조하는 경로가 보이고 있다고 말할 수 있습니다

우리는 2 인치 기판을 사용하여 HVPE 방법을 연구하고 개발해 왔지만 앞으로 6 인치 크기의 필름을 입금 할 수있는 대량 생산 된 HVPE 장치를 개발할 것입니다 또한, HVPE 장치에 의해 제조 된 그룹 III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지는 실리콘 및 기타 제품에 사용될 수있다cigs와 같은 저렴한 안전한 바카라 사이트 전지에 결합함으로써, 우리는 발전 효율이 35% 이상이고 발전 비용이 200 엔/w의 안전한 바카라 사이트 전지를 실현하는 것을 목표로합니다

◆ Hydlide 증기 증착 (HVPE) 방법

hydride vapor phase epitaxy 방법 저렴한 금속 염화물을 사용하여 반도체 박막의 결정 성장 방법 그룹 III-V 화합물 반도체의 경우, 금속 염화물은 그룹 III 요소에 사용되며, 수 소화물 가스는 그룹 V 요소에 사용된다 그것은 높은 결정 성장률과 낮은 필름 형성 비용을 특징으로합니다[참조로 돌아 가기]

◆ III-V 화합물 안전한 바카라 사이트 전지

그룹 III 요소 (갈륨 GA, 인듐 IN, 알루미늄 AL 등) 및 그룹 V 요소 (인 P, 비소 등)로 구성된 화합물 반도체로 구성된 안전한 바카라 사이트 전지 Gaas, INP, Ingap, Ingaas, Algaas 등이 있습니다 이 안전한 바카라 사이트 전지는 발전 효율이 매우 높지만 문제는 제조 비용이 높고 현재 우주 및 조명 수집에 주로 사용된다는 것입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 표면 근처의 전류 손실

안전한 바카라 사이트 전지 표면에 원자의 많은 불순물과 결합되지 않은 손잡이 (angling bonds)가 있으며, 따라서 광 생성 된 전자 및 구멍 재조합이있어 출력 전류가 낮아집니다 이 효과를 줄이려면 전자 또는 구멍이 표면으로 확산되는 것을 방지하기 위해 표면의 활성 층보다 더 큰 밴드 간격을 갖는 재료를 증착해야합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 발전 효율

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

◆ 스마트 스택

다수의 안전한 바카라 사이트 전지 세포의 접합 인터페이스에 금속 나노 입자를 배열하여 거의 전기 또는 광학 손실없이 이들을 결합시키는 기술 정션 인터페이스에서 금속 나노 입자가 개입되는 스마트 스태킹 기술에서, 표면은 반드시 원자 적으로 평평 할 필요는 없으며, 실리콘, CIGS를 가진 그룹 III-V 화합물 및 CIG를 사용한 그룹 III-V 화합물을 결합 할 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ Bandgap

반도체 또는 절연체에 전자가 존재할 수없는 에너지 영역 안전한 바카라 사이트 전지에서, 밴드 갭보다 더 큰 에너지가있는 빛이 입사 될 때, 전자와 구멍이 생성되고, 이들은 전류를 초래한다[참조로 돌아 가기]

◆ 다중 접합 구조, 다기능 안전한 바카라 사이트 전지

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

다기능 안전한 바카라 사이트 전지의 개념 다이어그램

◆ Metalorganic 증기 상 증착 방법

유기 금속성을 사용한 반도체 박막의 결정 성장 방법 그룹 III-V 화합물 반도체의 경우, 트리메틸 갈륨 또는 트리메틸 indium과 같은 유기 계량은 일반적으로 그룹 III 요소로 사용되며, 수 소화물 가스는 그룹 V 요소로 사용된다 고가의 유기 금속성이 사용되기 때문에 필름 형성 비용이 높습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 선구자

화학 반응에서 원하는 물질을 생산하는 데 사용되는 물질 제품의 사전 단계에있는 물질[참조로 돌아 가기]

◆ 상단 셀

3 가지 접합 안전한 바카라 사이트 전지의 경우, 가장 표면 측에 위치한 안전한 바카라 사이트 전지를 상단 셀이라고하며 중간에 위치한 안전한 바카라 사이트 전지를 중간 세포라고하며 가장 기질 측면에 위치한 안전한 바카라 사이트 전지를 하단 셀이라고합니다 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]

◆ CIGS

다중 기반 화합물 반도체 Cu (IN, GA) SE₂의 박막 |[참조로 돌아 가기]