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標題: 前沿科技之微型聚光太陽能電池創紀錄 [打印本頁]

作者: 掃街 時間: 2011-12-27 16:58
標題: 前沿科技之微型聚光太陽能電池創紀錄
太陽能電池能有多小，而且仍然可以供電？六百微米寬怎么樣？這樣，它的直徑就相當于圓珠筆尖點下的一個點。
美國能源部國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory）最近確認，取得了超過41％的效率，他們聚集1000倍太陽光，作用于微型電池，這種電池是賽普留斯公司制作的，這是這種倍率的一個最高效率紀錄。太陽能電池的能量轉換效率，是指電池把陽光轉換成電能的百分比。
能源部的種子基金，連同國家再生能源實驗室升夏孵化器項目（SunShot Incubator Program）的專家們，提升了賽普留斯公司，使這家小型電子新創公司，依靠它的新創意，在太陽能電池世界產生巨大影響。
賽普留斯公司的三結電池是用砷化鎵（gallium arsenide）制成。低成本鏡頭把太陽光線聚焦到微型電池上，達1100倍。它們微小的尺寸意味著，它們只占整個太陽能電池組件面積的千分之一，這就降低了模塊的成本。此外，使用大量小型電池，有助于分散不必要的熱量，分散到整個電池結構中，這樣，就不需要昂貴的熱管理硬件，如散熱片。
賽普留斯公司工程師使用公司的專利技術，就是微轉移印花工藝（micro-transfer printing process），使微型電池從生長基質轉移到晶圓上。采用大規模并行工藝，成千上萬的電池可以同時轉移。這就使原來的基板可以反復使用，大大降低了成本。它也提供了一種方法，可以處理非常小的電池。
這種低成本方法，賽普留斯公司高管說，使制造成本減少了50％，這就引起能源巨頭西門子的青睞，西門子今年買下賽普留斯公司16％的股份，這屬于2000萬美元的風險資本投資。

升夏孵化器項目激勵私人投資

2007年以來，美國能源部投資5000萬美元，使35家太陽能新創公司參與光伏孵化器項目，就是現在的升夏孵化器，是屬于國家再生能源實驗室。現在，這些公司的私人投資總額超過13億美元，達25倍。
美國能源部和國家可再生能源實驗室，選擇賽普留斯公司作為他們的一家光伏孵化器公司，那是在2010年。孵化器公司獲得100萬到300萬美元，開發他們的概念，制成實際工作原型，或進入試點項目。而且他們也利用國家再生能源實驗室科學家的專業知識，協助他們克服障礙，測試可靠性和有效性。

轉移印花技術發展，創新太陽能電池應用

但是，賽普留斯公司的背景故事，開始于美國伊利諾斯大學（University of Illinois），約翰•羅杰斯（John Rogers）教授和他的小組開發轉移印刷工藝，最初是打算用于柔性電子產品。
不久，羅杰斯意識到，應用這項技術，可以進行聚光光伏（CPV）設計，而且會更有利可圖。
賽普留斯公司培育臨時層，是在原砷化鎵基板上進行，然后，在這一層上，培育多結太陽能電池結構。然后，晶圓經加工后，使用轉移印花工藝，從砷化鎵基板中上取下電池，把它們轉移到內插晶圓上。

“我們使用的方法，完全不同于一直沿用的那些，”堪傳•高薩爾（Kanchan Ghosal）說，他是聚光光伏應用工程經理和首席研究員，獲得賽普留斯公司光伏孵化器獎（PV Incubator Award）。“這種方法使用微型電池和轉移印刷，顯著減少使用的材料，采用高度聚光的光伏組件。它提供了一種高度并行的方法，制造這種模塊，依靠的是成熟的微電子工藝和設備。”

聚光光伏需求，預計每年增加一倍

今年，賽普留斯公司破土動工，在北卡羅來納州（North Carolina）亨德森（Henderson）建立一所制造廠。北卡羅萊納州和地方機構投資790萬美元，用于這所5萬平方英尺的工廠，全面建成后，預計會雇用256人。
北卡羅萊納州州長貝福•普爾杜（Bev Perdue）指出，他們州“投資教育和職業培訓”，所以，這家公司就選擇那里的位置。這所工廠預計明年開始運營，初始容量為5兆瓦，最終會發展為35兆瓦。
現有的高度聚光光伏市場，有望每年增加一倍或更多，在未來9年都是這樣，到2020年，會達到10萬千瓦以上的電力，賽普留斯公司首席執行官焦伊•卡爾（Joe Carr）說。
與能源部和國家可再生能源實驗室合作，富有成效。
賽普留斯公司最初考慮使用這種微轉移印花技術制作太陽能電池，是在2007年，當時給予支持的“下一代”基金，來自美國能源部能源效率和可再生能源辦公室（Office of Energy Efficiency and Renewable Energy）。
2010年，賽普留斯公司獲得了四個地點中的一處，就屬于現在的升夏孵化器，孵化器資金來自能源部，是從國家再生能源實驗室分離出來。

高薩爾笑了，他還記得那瘋狂的時刻，那是完成光伏孵化器應用的時候。
“那時，我們勉強符合標準，”高薩爾說。“規定說，必須有一個現成的模塊，才有資格，但我們只有一些小方塊，幾個電池，還不是真正的模塊。”
因此，賽普留斯公司的工程師們“緊鑼密鼓地工作，夜以繼日，制成我們的第一個模塊。”
“在截止日期前兩天，我們就得到了良好的結果，采用的就是第一個模塊，”高薩爾說。“我們申請孵化器資金，就是采用這個模塊的結果和一個升級計劃。”
高薩爾問公司工程師，是否能滿足硬性期限和宏偉目標，這都是國家再生能源實驗室規定的， “我當時有不少憂慮。”他回憶說，“國家再生能源實驗室要求的很多可交付成果，之前都沒有完成。”
但最后都完成了，而賽普留斯公司成為最新的孵化器公司，結果超過了預期，通過了國家再生能源實驗室合同的嚴格規定。
“看起來像是要求過高，但我們都達到了目標，”高薩爾說。
從明年開始，這種模塊將在北卡羅萊納州工廠生產，這種模塊是24英寸乘18英寸，約兩個半英寸深，聚光倍數超過1100倍太陽光，效率超過31％。這些模塊具有成本競爭力，可媲美化石燃料技術，因為是大量生產。

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