NREL 研究人员分析了使用太阳能实现脱碳目标的可能性，并提供了将 III-V 光伏商业化的创新方法。

近来太阳能技术有了长足的发展。最近的进展包括超高效太阳能电池和商业钙钛矿光伏（PV）。随着越来越多的实验性太阳能电池技术走向商业化，这一进展将持续多年。


国家可再生能源实验室 (NREL) 的研究人员正在提出创新的解决方案和分析，以推动新技术的商业化并使向脱碳的转变成为可能。

NREL 将循环经济用于光伏工具

在能源转型时代，许多国家都宣布了他们的脱碳目标。例如，美国希望到 2035 年实现电网脱碳。这些目标将导致每年大量部署太阳能电池板并增加材料使用量。这一趋势意味着增长将需要扩大光伏制造和安装的规模。然而，分析师预测这种扩大规模的材料短缺。

除了制造之外，还有一个与太阳能模块的报废管理相关的问题。解决这些问题的一种方法是建立循环经济，使供应链更具弹性。这个想法涉及回收光伏材料并在整个经济中再循环，以最大限度地减少从矿石和垃圾填埋场中提取的材料。

在考虑这样的经济时，回收似乎是主要的方法。然而，光伏有多种策略和技术设计，例如寿命延长、闭环回收和组件再制造。

NREL 的研究人员报告说，缺乏比较和评估不同循环策略的环境影响和制造要求的分析。他们在广泛的“假设”情景中将它们与循环经济工具 (PV ICE) 中的 PV 进行了比较。

研究人员考虑了 336 种不同的情景，结合了一系列模块寿命和回收率，其中两个代表了 50 年寿命太阳能模块的上限和 15 年模块的下限。他们将这些结果与假设模块寿命为 35 年且回收率低的基线情景进行了比较，这是考虑到当前制造技术的现实模型。

研究人员发现，与基线情景相比，更长的模块寿命可以将新材料的需求减少 3%。此外，他们建议低寿命模块必须达到 95% 的回收率才能与基线情况相媲美。

对于这项分析，NREL 的光伏可靠性小组创建了一个名为 PV ICE 的开源工具，该工具利用光伏行业的最新数据来预测各种技术发展和市场趋势的影响。

该工具由两个主要部分组成。第一部分包括具有当前光伏组件特性的数据文件，包括它们所包含的不同材料的数量、它们的预期寿命、它们的功率转换效率等。另一部分模拟这些模块、材料和它们的能量，以及它们在整个光伏生命周期中的表现。


NREL 研究人员进行的分析旨在指导如何以最可持续的方式设计和部署太阳能电池，并预测材料在能源转型时代的流动方式。

NREL 论文概述 III-V 太阳能电池改进

NREL 的研究人员最近发表了两篇强调 III-V太阳能电池改进的论文。III-V 材料因其在元素周期表中的位置而得名。

这些太阳能电池有两个带隙，可调谐到不同波长的光。因此，这些材料响应更广的光谱，可以将更多的太阳能转化为电能。III-V 太阳能电池在实验室的集中日光下显示出超过 46% 的功率转换效率。然而，这种效率是以增加复杂性和制造成本为代价的。因此，这些太阳能电池只对卫星和地外漫游车是经济的。


有两种生产 III-V 太阳能电池的方法：氢化物气相外延 (HVPE) 和有机金属气相外延 (OMVPE)，其中通过在反应器顶部沉积或生长 III-V 材料蒸气形成薄膜基质。NREL 研究人员改进了 HVPE 方法并开发了 D-HVPE，这是一种双反应室，可以使这些细胞更快、更便宜。

在发表在《光伏进步》杂志上的一篇论文中，NREL 的五名研究人员使用 D-HVPE 开发了一种效率为 26% 的 III-V 太阳能电池。该电池由磷化铝铟 (AlInP) 和砷化镓 (GaAs) 材料组成。

由于一氯化铝会在到达基材之前沉积在反应器壁上，因此研究人员使用三氯化铝来提高性能。

另一篇发表在Advanced Energy Materials 上的论文提出了另一种降低 III-V 太阳能电池成本的方法。当前的制造工艺可以从 GaAs 基板上剥离电池，从而使基板可以重复使用。但是，它会留下表面残留物，从而降低电池的性能。因此，基板必须定期进行抛光。

NREL 和科罗拉多矿业学院的研究人员表示，通过制造不经过抛光的新设备，可以延长重复使用的次数。现有的将电池与基板分离的技术大约需要六到八个小时。另一方面，剥落层只需要几秒钟。


研究人员使用 OMVPE 工艺培育出单结 III-V 太阳能电池，效率达到 23.8%。效率降低是因为剥落会产生降低电池性能的缺陷。研究人员提到，通过使用 D-HVPE 工艺，可以减少缺陷。

原标题：NREL 太阳能研究为能源转型铺平道路