太阳能电池技术实现新突破，不可能变为可能

科学家成功地将铝源集成到氢化物气相外延（HVPE）反应器中，然后首次通过这种技术证明了AD8403AR100半导体铝磷化铝（AlInP）和铝镓磷化铝（AlGaInP）的生长。

NREL材料应用与性能中心的科学家，强调该研究的新论文的主要作者凯文·舒尔特（Kevin Schulte）表示：“有大量的文献表明，人们永远无法使用氢化物气相外延生长这些化合物。这就是许多III-V行业采用金属有机气相外延（MOVPE）的原因之一，MOVPE是占主导地位的III-V生长技术。这项创新改变了一切。”

III-V型太阳能电池（因其位于材料在元素周期表上的位置而得名）通常在太空应用中使用。这些类型的电池以高效率着称，对于地面使用而言太昂贵了，但是研究人员正在开发降低这些成本的技术。

NREL率先采用的一种方法依赖于一种称为动态氢化物气相外延或D-HVPE的新生长技术。传统的HVPE几十年来一直被认为是电信行业生产发光二极管和光电检测器的最佳技术，但随着MOVPE的出现，它在1980年代逐渐失宠。两种工艺都涉及在基板上沉积化学蒸汽，但是MOVPE的优势在于它具有在两种不同的半导体材料之间形成突然的异质界面的能力，而HVPE通常是在这种材料上挣扎的。

随着D-HVPE的出现，这种情况发生了变化。较早版本的HVPE使用单个腔室，其中一种化学物质沉积在基板上，然后将其清除。然后将生长化学物质交换为另一种化学物质，然后将基板返回到腔室中，以进行下一次化学应用。D-HVPE依靠多室反应器。基板在腔室之间来回移动，大大减少了制造太阳能电池的时间。

D-HVPE可能在一分钟之内生产出使用MOVPE需要花费一两个小时的单结太阳能电池。尽管取得了这些进步，但MOVPE仍然具有另一个优势：能够沉积宽带隙含铝材料，从而实现最高的太阳能电池效率。由于通常的含铝前体的化学性质存在困难，HVPE一直在努力应对这些材料的生长，

研究人员一直计划将铝引入D-HVPE，但首先将精力集中在验证生长技术上。舒尔特说：“我们试图逐步推进技术，而不是一次全部完成。我们验证了我们可以种植高质量的材料。我们验证了我们可以开发更复杂的设备。现在，该技术向前迈出的下一步是铝。”研究者开发了一种生产独特的含铝分子的方法，然后可以将其流入D-HVPE室。

科学家使用了三氯化铝发生器，该发生器被加热到400摄氏度，以从固态铝和氯化氢气体中产生三氯化铝。在HVPE反应器环境中，三氯化铝比一氯化物形式稳定的多。其他成分-氯化镓和氯化铟-在800摄氏度下蒸发。合并这三个元素，并在650摄氏度下沉积在基板上。

NREL科学家以前使用D-HVPE，能够用砷化镓（GaAs）和磷化铟镓（GaInP）制造太阳能电池。在这些电池中，GaInP用作“窗口层”，该层钝化前表面并允许阳光到达GaAs吸收层，在该处光子被转换为电能。该层必须尽可能透明，但GaInP不如MOVPE生长的太阳能电池中所用的磷化铝铟（AlInP）透明。包含AlInP窗口层的MOVPE生长的GaAs太阳能电池的当前世界效率记录为29.1％。仅使用GaInP，估计HVPE生长的太阳能电池的最大效率仅为27％。

现在，铝已被添加到D-HVPE的混合物中，科学家们说，他们应该能够与通过MOVPE制造的太阳能电池达到同等水平。NREL国家光伏中心的高级科学家Ptak说：“ HVPE工艺是一种便宜的工艺。现在，我们已经展示了与其他人相同的提高效率的途径，但是技术更便宜。以前，我们的效率较低，但价格较便宜。现在有可能变得完全一样高效和便宜。”