소개
글로벌 에너지 전환의 배경에 비해, 깨끗하고 재생 가능한 에너지 원인 태양 에너지는 주목을 끌고 있습니다. 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기위한 핵심 장치로서 태양 전지 기술의 지속적인 혁신과 개발이 중요합니다. 새로운 유형의 태양 전지 기술로서의 Flexible GAA (Gallium Arsenide) 태양 전지는 고유 한 성능 장점으로 인해 많은 분야에서 적용 할 수있는 잠재력을 보여 주었으며 최근 몇 년 동안 태양 에너지 연구의 핫스팟 중 하나가되었습니다.
유연한 GAAS 태양 전지의 구조 및 작동 원리
구조적 특성
유연한 GAAS 태양 전지의 구조 설계는 정교하며 주로 여러 층의 반도체 재료로 구성됩니다. 핵심 부분은 GAAS 반도체 층이며, 이는 광전 변환을 달성하기위한 핵심 영역입니다. 전통적인 강성 태양 전지와는 달리, 유연한 GAAS 태양 전지는 폴리이 미드 (PI) 필름, 금속 호일 등과 같은 유연한 기판 재료를 사용합니다. 이러한 유연한 기판은 배터리에 구부릴 수 있고 접을 수있는 특성을 부여 할뿐만 아니라 다양한 기계적 특성 및 화학적 안정성을 가지므로 다양한 복잡한 환경에서 배터리 구조의 무결성을 유지할 수 있습니다.
GAAS 반도체 층 위에는 일반적으로 하나 이상의 버퍼 층 및 창 층이 있습니다. 버퍼 층의 기능은 다른 재료 간의 격자 불일치 문제를 완화하고 재료 성장의 품질과 안정성을 향상시키는 것입니다. 윈도우 층은 주로 배터리에 의한 햇빛의 흡수를 최적화하고, 빛의 반사 및 전송 손실을 줄이고, 더 많은 광자를 GAAS 반도체 층에 의해 전기 에너지로 전환시킬 수 있도록하는 데 사용됩니다. 또한 배터리에는 생성 된 전류를 수집하고 전송하기위한 전극 층이 포함되어 전기 에너지의 효과적인 출력을 보장합니다.
작업 원칙
유연한 GAAS 태양 전지의 작동 원리는 반도체의 광전 효과에 기초합니다. 배터리 표면에 햇빛이 비치면 광자의 에너지는 GAAS 반도체 층의 원자에 의해 흡수된다. GAA의 적절한 밴드 갭 폭으로 인해, 광자 에너지를 흡수 한 후, 원자가 밴드의 전자는 전도 대역으로 전이하기에 충분한 에너지를 얻고, 원자가 밴드에 구멍을 남깁니다. 이러한 방식으로, 전자 구멍 쌍은 반도체 내부에서 생성된다.
자체 건축 전기장의 영향으로 전자와 구멍은 반대 방향으로 움직입니다. 전자는 N 형 반도체 영역을 향해 이동하는 반면, 구멍은 P 형 반도체 영역을 향해 이동한다. 하중이 배터리의 양쪽 끝에 연결되면 전자는 외부 회로를 통해 하중으로 흐르고 전류를 형성하여 태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 과정을 달성합니다. 빛이있는 한 전체 공정은 빠르고 효율적입니다. 배터리는 전기를 지속적으로 생성 할 수 있습니다.
유연한 GAAS 태양 전지의 장점
높은 광전 전환 효율
수많은 태양 전지 기술 중에서 유연한 GAAS 태양 전지는 우수한 광전 전환 효율로 두드러집니다. 현재 실험실 조건 하에서 유연한 GAAS 이중 접합 태양 전지의 효율은 31.6%이상에 도달했습니다. 이 효율은 전통적인 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 태양 전지 및 기타 박막 태양 전지보다 훨씬 높다. 높은 전환 효율은 주로 GAAS 재료 자체의 우수한 광학 및 전기적 특성 때문입니다. GAA는 적합한 밴드 갭 너비를 가지며, 이는 햇빛으로부터 광자 에너지를 효과적으로 흡수 할 수 있으며, 높은 전자 이동성은 반도체 내부의 전자의 빠른 전달에 도움이되며 에너지 손실을 줄이고 광전 전환 효율을 크게 향상시킵니다.
탁월한 유연성과 구부릴 수 있습니다
유연성은 이러한 유형의 태양 전지에서 가장 두드러진 특징 중 하나입니다. 전통적인 단단한 태양 전지와 비교할 때, 유연한 GAAS 태양 전지는 쉽게 구부러지고 접 히고 심지어 다양한 모양으로 말릴 수 있습니다. 이 탁월한 유연성을 통해 다양한 복잡한 표면 및 응용 시나리오에 적응할 수 있습니다. 예를 들어, 드론 날개, 웨어러블 장치 표면 등과 같은 불규칙한 물체 표면에 대한 접착력이 필요한 일부 응용 분야에서 유연한 GAAS 태양 전지는 효율적인 태양 에너지 수확을 완벽하게 부착하고 달성 할 수 있지만 엄격한 태양 전지는이를 달성 할 수 없습니다. 또한, 다중 굽힘 및 폴딩 공정 동안, 유연한 GAAS 태양 전지의 성능은 기계적 변형으로 인한 광전 전환 효율의 현저한 감소없이 여전히 안정적으로 유지 될 수 있으며, 유연성과 신뢰성이 우수하다.
유연한 GAAS 태양 전지의 응용 분야
항공 우주장
항공 우주 산업에서는 에너지 시스템의 체중, 효율 및 신뢰성에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 유연한 GAAS 태양 전지는 높은 전환 효율, 경량 및 이식성 및 우수한 온도 특성으로 인해 항공 우주 산업에서 이상적인 에너지 선택이되었습니다. 위성 및 우주선에 유연한 GAAS 태양 전지를 사용하면 에너지 시스템의 무게를 크게 줄이고, 태양 전지의 설치 영역을 증가시키고, 에너지 획득 효율을 향상 시키며, 위성 및 우주선에보다 안정적이고 내구성이 뛰어난 전원 공급 장치를 제공 할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 새로운 유형의 위성은 유연한 GAAS 태양 전지 셀 어레이를 사용하여 우주의 넓은 영역의 태양 에너지 수집 표면에 배치하여 위성의 다양한 장비에 충분한 전력을 제공하고 정상적인 작동을 보장합니다. 드론 분야에서 유연한 GAAS 태양 전지에는 광범위한 응용 전망이 있습니다. 드론은 높은 내구성이 필요하며, 유연한 GAAS 태양 전지의 가볍고 얇은 특성은 드론의 하중 무게를 줄일 수 있습니다. 전환 효율이 높으면 비행 중에 드론이 지속적으로 충전되어 지구력 시간이 연장되어보다 복잡하고 오래 지속되는 작업을 수행 할 수 있습니다.
군사 분야
군용 응용 프로그램은 장비의 성능 및 적응성에 대한 매우 엄격한 요구 사항을 가지고 있습니다. 유연한 GAAS 태양 전지의 구부러짐, 접힘 성 및 우수한 저조도 성능은 군사 분야에서 상당한 적용 가치를 제공합니다. 예를 들어, 야외 전투 환경에서 군인은 유연한 GAAS 태양 전지를 사용하여 Walkie Talkies, GPS 로케이터 등과 같은 다양한 휴대용 전자 장치를 충전하여 기존 전원 공급 장치없이 장치가 여전히 정상적으로 작동 할 수 있도록합니다. 또한 일부 군사 정찰 장비, 무인 정찰 차량 및 기타 장치에서 유연한 GAAS 태양 전지는 장비에 대한 지속적인 전력 지원을 제공하여 자율성 및 전투 효과를 개선하기 위해 보조 또는 주요 에너지 원으로 사용될 수 있습니다. 복잡한 지형과 가혹한 환경에서 좋은 적응성은 군사 작전의 특별한 요구를 충족시킬 수 있습니다.
유연한 GAAS 태양 전지의 개발 상태 및 과제
의 개발
최근 몇 년 동안 유연한 GAAS 태양 전지 기술에서 상당한 진전이 이루어졌습니다. 과학적 연구 측면에서, 수많은 연구 기관과 대학은 유연한 GAAS 태양 전지에 대한 투자를 지속적으로 늘려서 재료 성장, 장치 구조 설계 및 준비 프로세스에서 일련의 중요한 혁신을 달성했습니다. 예를 들어, 재료 성장 공정을 최적화함으로써, GAAS 박막의 품질 및 결정도가 개선되어 배터리의 광전 전환 효율을 더욱 향상시켰다. 혁신적인 장치 구조 설계를 통해 멀티 정션 구조, 양자 우물 구조 등과 같은 다양한 유연한 GAAS 태양 전지 구조가 개발되어 셀에 의한 태양 광의 흡수 스펙트럼 범위를 효과적으로 확장하고 에너지 활용 효율을 향상시켰다.
산업 측면에서 일부 회사는 유연한 GAAS 태양 전지의 생산 및 응용 분야에 들어가기 시작했습니다. 일부 기업은 기술 소개 및 독립적 인 연구 개발을 통해 유연한 GAAS 태양 전지를위한 생산 라인을 설립하여 소규모 상업 생산을 달성했습니다. 제품은 항공 우주, 군사, 고급 소비자 전자 및 기타 분야에 점차 적용되고 있으며, 유연한 GAAS 태양 전지에 대한 시장의 인식과 수용도 지속적으로 증가하고 있습니다. 한편, 기술의 지속적인 성숙도와 생산의 점진적인 증가로 인해 유연한 GAAS 태양 전지의 비용은 점차 감소하여 더 넓은 시장 응용 프로그램의 기초를 마련하고 있습니다.
직면 한 도전
유연한 GAAS 태양 전지가 약간의 진전을 이루었지만 현재는 여전히 몇 가지 도전에 직면 해 있습니다. 첫째, 비용은 대규모 응용 프로그램을 제한하는 주요 요인 중 하나입니다. GAAS 재료 자체의 가격은 상대적으로 높으며 준비 과정은 복잡하여 고정밀 장비와 엄격한 공정 제어가 필요하므로 유연한 GAAS 태양 전지의 생산 비용이 높아집니다. GAAS 기판 재사용 (현재 약 20 배)과 같은 일부 기술 수단은 전통적인 결정질 실리콘 태양 전지와 비교하여 비용이 어느 정도 감소했지만 비용은 여전히 상대적으로 높기 때문에 일부 비용 민감한 대규모 민간 분야에서 적용을 제한합니다.
둘째, 대규모 생산 공정 측면에서, 유연한 GAAS 태양 전지의 생산 공정은 아직 충분히 성숙하지 않으며 생산 효율을 더욱 향상시켜야합니다. 기존의 생산 공정은 대규모 생산에서 제품 품질 일관성 저하 및 낮은 수율 속도와 같은 문제를 겪을 수 있으며, 이는 생산 비용을 증가시킬뿐만 아니라 제품의 시장 경쟁력에도 영향을 미칩니다. 따라서 생산 공정을 더욱 최적화하고 생산 장비의 자동화 수준 및 생산 효율성을 개선하며 제품 품질의 안정성과 일관성을 보장해야합니다.
또한, 유연한 GAAS 태양 전지의 장기 안정성과 신뢰성도주의가 필요한 문제입니다. 배터리는 실험실 조건에서 우수한 성능을 보여 주었지만 온도, 습도 및 조명 강도와 같은 다양한 요인의 장기적인 영향으로 인해 실제 응용 환경에서 성능이 점차 감소 할 수 있습니다. 복잡한 환경에서 배터리의 장기 안정성과 신뢰성을 향상시키고 서비스 수명을 연장하는 방법은 미래에 깊이 연구하고 해결 해야하는 중요한 문제입니다.
결론
혁신적이고 유망한 태양 전지 기술로서 유연한 GAAS 태양 전지는 항공 우주, 군사, 웨어러블 장치, 모바일 전자 장치 및 기타 민간 전환 효율성, 우수한 유연성 및 구부러짐, 가벼운 및 이식성, 우수한 낮은 가벼운 성능 및 온도 특성으로 인해 많은 분야에서 광범위한 응용 전망을 보여주었습니다. 비용, 생산 공정 및 장기 안정성 측면에서 여전히 몇 가지 과제가 있지만 연구원의 지속적인 노력과 지속적인 기술 혁신으로 이러한 문제는 점차 해결 될 것으로 예상됩니다. 가까운 시일 내에 유연한 GAAS 태양 전지는 더 넓은 상업용 응용 프로그램을 달성하여 글로벌 에너지 변환 및 지속 가능한 개발에 중요한 기여를하고 새로운 태양 에너지 응용 시대를 열게 될 것이라고 생각합니다.
