Theo nghiên cứu do các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ dẫn đầu, sóng âm thanh có thể góp phần làm cho pin mặt trời III-V có giá cả phải chăng hơn cho các ứng dụng trên Trái đất. Bài báo “Pin mặt trời GaAs phát triển trên chất nền cách âm với hiệu suất 27%” xuất hiện trên tạp chí Joule .
Một mẫu pin mặt trời gali arsenide. Nhà cung cấp hình ảnh: Dennis Schroeder, NREL
Các nhà nghiên cứu cho biết việc ứng dụng sóng âm thanh, được sử dụng trong một quy trình mới gọi là phá vỡ âm thanh, có khả năng giảm đáng kể chi phí sản xuất các loại pin mặt trời hiệu quả cao này.
Pin mặt trời III-V được gọi như vậy vì chúng được phát triển bằng cách sử dụng các nguyên tố từ nhóm III và V của bảng tuần hoàn. Mặc dù pin mặt trời III-V có hiệu suất cao nhưng giá thành của chúng đã hạn chế việc sử dụng chúng cho các ứng dụng không gian như cung cấp năng lượng cho vệ tinh. Giảm chi phí sản xuất được coi là chìa khóa cho các ứng dụng trên mặt đất và một cách để thực hiện điều này là có khả năng tái sử dụng nhiều lần chất nền mà tế bào được phát triển trên đó.
Kevin Schulte, nhà khoa học thuộc nhóm PV tinh thể hiệu suất cao của NREL và là tác giả chính của bài báo trình bày chi tiết về thành công của sự va chạm âm thanh, cho biết: “Điều này cực kỳ hứa hẹn cho việc tái sử dụng chất nền”. “Chỉ điều này thôi sẽ không làm cho pin mặt trời III-V trở nên hiệu quả về mặt chi phí, nhưng là một phần của danh mục nghiên cứu này, chúng tôi đang cố gắng giải quyết chi phí từ nhiều góc độ khác nhau.”
Công nghệ hiện tại sử dụng lớp ăn mòn hy sinh, cho phép tế bào được tách ra khỏi chất nền gali arsenide (GaAs) để chất nền có thể được sử dụng lại, nhưng quá trình này mất nhiều giờ và để lại cặn cần phải thực hiện bước đánh bóng. Đánh bóng tương đối tốn kém và hạn chế khả năng tiết kiệm chi phí của phương pháp tái sử dụng chất nền này.
Ngược lại, sự nứt vỡ chỉ mất vài giây, tạo ra vết nứt có kiểm soát bên trong lớp nền gần như song song với bề mặt của nó. Vết nứt này cho phép tế bào được loại bỏ dễ dàng, để lộ một bề mặt mới, không có chất gây ô nhiễm từ bên trong chất nền mà không cần đánh bóng.
Sự nứt vỡ của các lớp GaAs tiêu chuẩn tạo ra các mặt tương đối lớn trên bề mặt tiêu tốn thêm vật liệu và có thể yêu cầu làm phẳng (thông qua đánh bóng hoặc các phương pháp khác) trước khi bề mặt có thể được tái sử dụng. Tiến bộ mới nhất này sử dụng sự va chạm âm thanh hoặc sóng âm thanh để kiểm soát vết nứt, ngăn chặn sự hình thành các mặt và cải thiện độ phẳng của bề mặt.
Schulte nói: “Bề mặt ít gợn sóng hơn, vì vậy khi bạn phát triển một thiết bị mới trên đó, bạn có thể đạt được hiệu quả cao mà không cần chuẩn bị bề mặt tương đối tối thiểu hoặc có thể không cần.”
Sự va chạm âm thanh được phát triển tại Đại học bang Arizona; công nghệ này đang được thương mại hóa bởi một công ty ở Phoenix có tên Crystal Sonic Inc. Hai nhà nghiên cứu của công ty là đồng tác giả của bài báo Joule. Các đồng tác giả khác là Steve Johnston, Jacob Boyer, Anica Neumann, William McMahon, Michelle Young, Emily Warren và Myles Steiner, tất cả đều đến từ NREL; và Anna Braun của Trường Mỏ Colorado.
Cần có nghiên cứu bổ sung để xác định số lần chất nền có thể được tái sử dụng sau khi chịu tác động của âm thanh, mà Crystal Sonic gọi là Sonic Lift-Off. Các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra một tế bào trên chất nền bị vỡ trước đó với hiệu suất được NREL chứng nhận là 26,9%.
Schulte nói : “Tôi không nghĩ có bất kỳ sự khác biệt nào về hiệu suất đó so với hiệu quả mà chúng tôi có thể đạt được trên chất nền hoàn toàn mới ”.
