2008年9月15日
犹他大学工程师们设计了一种新的方法，将化学元素锗薄片用于最高效的太阳能电池。他们说，这种新方法可以减少半导体的浪费和破坏，从而降低电池的成本。
锗晶片锗晶片是一种半导体，用作高效太阳能电池的底层。犹他大学的工程师们设计了一种新的切割硅片的方法，以减少切割过程中昂贵材料的浪费。这种方法可能会降低锗基太阳能电池的成本，使其在地球上使用更经济。由于成本高，它们现在主要用于航天器上。
昂贵的太阳能电池现在主要用于航天器，但随着改进的晶片切片方法，“这个想法是使锗的高效太阳能电池用于使用现在的成本是一个因素，”特别适用于太阳能电力地球，Eberhard说，“ebe”班贝格，机械工程助理教授。“你想在你的屋顶上做到这一点。”
机械工程专业的博士生Dinesh Rakwal补充道:“我们正在想出一种更有效的方法来制造太阳能电池的锗晶圆——以降低这些太阳能电池的成本和重量，并使它们无缺陷。”班贝格和拉克瓦尔将他们的发现发表在《材料加工技术杂志》上。亚博网站下载他们的研究已经被接受，最终版本将于本月末或10月初在网上发布，并于2009年出版。
镀黄铜的钢丝锯现在被用来从圆柱形单晶锭上切出锗圆片。但是这种易碎的化学元素很容易断裂，需要将破碎的碎片回收利用，而锯子的宽度意味着在切割过程中会损失大量的锗。这种切割方法是为硅片开发的，硅片的强度大约是硅片的100倍。这种切割太阳能电池晶圆的新方法——称为线切割电火花加工(WEDM)——浪费更少的锗，并通过切割更薄的晶圆产生更多的晶圆，减少浪费和开裂。这种方法使用极薄的钼丝，电流通过钼丝。它以前被用来在工具制造中加工金属。
“正如我们使用突破性的技术开发Cromax®Pro的水性饰面，我们已经开发了一种创新的工具来帮助我们的销售团队和批发商进行通信产品的好处，”弗雷德Wissemann，杜邦修补品牌经理说。“我感谢阿兰McConachie，谁领导这个奖获奖项目。犹他州的工程师大学设计切片在最高效型太阳能电池的功率使用化学元素锗的薄晶圆的新途径。他们说，这种新方法可以减少半导体的浪费和破坏，从而降低电池的成本。
昂贵的太阳能电池现在主要用于航天器，但随着改进的晶片切片方法，“这个想法是使锗的高效太阳能电池用于使用现在的成本是一个因素，”特别适用于太阳能电力地球，Eberhard说，“ebe”班贝格，机械工程助理教授。“你想在你的屋顶上做到这一点。”锗作为太阳能电池的最有效的现有类型的底层，但主要用在美国航空航天局，因为费用高的军用和商用卫星 - 约每磅$ 680锗原料成本。在太阳能电池中使用的四英寸宽的晶圆成本$ 80至$ 100中的每个，而新的切割方法可以由10％以上降低成本，说格兰特罚款，首席技术官锗晶圆制造商Sylarus技术在圣乔治，犹他州。
他补充说：“最终将降低这一成本的任何事情都将降低到每千瓦时的太阳能电力成本，并将鼓励使用太阳能的太阳能。“这就是为什么这项技术EBBE已经提出了非常有趣的原因。”Sylarus正在考虑使用新方法，但必须确定是否可以缩放，因此晶片可以以商业上可行的方式批量生产。
班贝格的方法将“减少我们必须回收的数量，并提高产量，”他补充道。“它有潜力提供良好的节省，这有助于在地球上实现这项技术。”一项专利正在申请中，该专利使用的新方法是使用多条平行带电导线切割锗晶圆。班伯格将这种大规模生产的方法与鸡蛋切片机进行了比较。
将高效的太阳能电池带到地球上
锗处于“多结”太阳能电池的底部的半导体。它上面是镓 - 砷化铟和镓 - 铟 - 磷化层。这些层一起工作来捕获阳光的不同的波长，和所述锗也用作在其上太阳能电池基底上“生长”。当阳光照射在太阳能电池中，能量转换为电子在细胞，即，电流。
罚款说，地球上基于硅的太阳能电池的最大效率为20％。在太空中，锗太阳能电池通常将28％的阳光转化为电力，而是在使用太阳能集中器的地球上，它们可以将超过40％的阳光转化为电力，并且其效率理论上大于50％，他补充道犹他州的研究人员表示，基于锗的太阳能电池的效率，发现了94％的用于非空间用途的太阳能电池是基于硅，因为犹他州的研究人员说，硅比锗更便宜，脆弱较少。
Bamberg表示，基于锗的太阳能电池在大多数航天器上使用，因为它们比基于硅的太阳能电池更高效和更轻。通过在经济上经济地使用高效的锗太阳能电池在屋顶上更具吸引力，太阳能电池板的重量和尺寸可以减少“所以它不会在美学上令你打扰，”他补充道。Bamberg说，新方法可以使锗的太阳能电池具有较低的效率但较低的基于硅基太阳能电池。
少浪费，多晶片
在新的方法中，钼丝本质上是一个电极，它被连接到一个脉冲电源，在切割过程中给钼丝充电。
圆柱形的锗锭在水平支撑件上搁置，并且随着从供应阀芯连续拉动的新导线以更换切割线，导线将导线降低到铸锭中。薄，合成油沿着线注入，两者都可以增加线上的电荷并在切割过程中挤出熔化的材料。该过程缓慢。电线放电加工需要14小时才能切割单个晶片。Bamberg说，电气化的线材方法必须轻轻地进行，以避免破裂锗，但他希望将速度提高到六个小时，现在需要使用电线锯切割晶片。
由黄铜涂层钢制成的电线锯具有约170或180微米（百万米）的厚度。犹他州的研究人员使用钼丝75至100微米厚，比人发厚。在切片过程中浪费了较少的锗，因为电气化切割线更薄。该研究发现，100微米厚的电压线显着降低了废物并增加了可以由锗锭制成的晶片数量，但是更薄75微米宽的线材更好。
班伯格说:“在目前300微米的标准晶圆厚度下，使用我们的方法可以多生产30%的晶圆。”“由于我们生产的产品不开裂，我们也可以使它们比标准技术更薄。所以如果你使用100微米厚的晶圆，你可以(用同样的锗锭)多制造57%的晶圆。这是一个巨大的数字。”
制作更薄会降低他们的成本，因为更多的可以从同一锭制成的晶片，他