新型太阳能电池技术激发无限应用

来源:发布时间:2012-10-19 13:58:59

在目前实用太阳能电池技术中,多数是基于多晶硅或者单晶硅材料,其转换效率最多18%左右,而来自美国硅谷的Alta Devices公司采用推出的一种新型可弯曲可嵌入太阳能电池,它的转换效率达到惊人的29%。其未来3年目标是实现转换效率37%。这种新型太阳能电池基于砷化镓材料以及独特的生产工艺技术,它将引发太阳能产业和新能源产业什么变革?请看来自硅谷的报道。

Alta Devices公司CEO Chris Norris指出:“Alta Devices公司在三个方面创新,一个是高效生长工艺,一个是复用GaAs晶圆的技术,一个是高转换效率。首先我们是在一个临时晶圆(template wafer)上使用MOCVD生长薄膜,然后分离薄膜,并复用这个晶圆,由此得到极薄可弯曲的薄膜,它可以做成任何形状,这种平板式“单结”(single junction)太阳能电池可以有高于其他工艺的转换效率。”而“多结”(Multi-junction)电池则含有多层,可吸收多种频率,能够实现更高的效率。所以Alta Devices公司的规划是明年推出双结产品,效率提高到33%!未来提供多结产品,转换效率提高到37%!

据介绍,这种新型太阳能电池技术由加州大学伯克利分校电气工程教授Eli Yablonovitch的研究小组提出,他们在研究太阳能电池转换效率时发现一个有趣的难以解释的现象。

        Alta Devices公司还采用独特的工艺实现了可完曲的太阳能电池

这就是自1961年以来,科学家已经知道,在理想条件下,阳光照射到典型太阳能电池上,产生的电能数量有一个限度。这个绝对限度,从理论上说大约是33.5%。这意味着,最多只有33.5%的入射光子能量可以被吸收,并转换成有用的电能。但是50年过去了,研究人员一直无法接近这一效率:2010年来,人们取得的最高效率刚刚超过26%。


原因在哪里?原来人们走了一个错误的道路----多年来大家研究的太阳能电池都是尽可能收集光子来产生电能,但实际上,可以用相反的方法----就是让光子 逃走!他们研究发现太阳能电池散发光子的效果越好,电压就越高,也可以产生更大的效率。

太阳能电池产生电力,是因为来自太阳的光子撞击电池内的半导体材料,光子的能量敲松材料中的电子,使电子自由流动。但是,这个过程中,撞击释放电子也可以产生新的光子,这个过程称为发光(luminescence)。Alta Devices公司采用这一理念开发的新型太阳能电池,尽量使它发光,这样光子就不会消失在电池内,这就会有一种自然效果,就是增加太阳能电池产生的电压。所以发光更好,则产生了更多电量!

据介绍,这种工艺生产出的极薄的砷化镓薄膜层,使Alta Devices电池厚度仅有1微米,相比之下,人的头发直径大约为40微米厚。

Chris Norris指出Alta Devices公司还采用独特的工艺实现了可完曲的太阳能电池,这样可以激发更多应用,“人类100多年来最伟大的发明就是移动性大大提升,飞机、汽车、轮船让移动更方面,但是能源的消耗也更严重,传统太阳能电池笨重脆弱很难实现便携,而我们的电池则可以轻松实现便携和嵌入应用。”

他举例说,目前,美军已经采用了Alta Devices公司的太阳能电池,上图这个小巧的两张A4纸大小的电池板可以产生10瓦电力,“另外,在野外帐篷顶部也可以采用我们的电池板来产生电力。”他指出。

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在Chris Norris看来,新型太阳能电池的应用远不止这样,例如可以用于电动汽车----当然,太阳能电池的电力现在还难以驱动电动汽车,但是他指出,在车顶部采用这种新型电池后,其产生的电力可以用于电动汽车的电池系统冷却,实际上可以大大延长电池续航时间。

此外,他指出,美军的无人机(UAV)在采用了这种太阳能电池后将空中续航时间成哦你原来的50分钟延长到40小时!这是非常大的提升!

美军的无人机(UAV)在采用了这种太阳能电池后将空中续航时间由原来的50分钟延长到40小时

Chris Norris表示,目前Alta Devices公司通过自己的晶圆厂生产这种电池,良率可以达到99%,每月产能在200兆瓦左右,暂时没有将技术授权给其他公司的想法。

谈到这个技术对传统硅基太阳能电池产业的冲击,他表示目前砷化镓材料还比较昂贵,所以在成本上这种电池要比硅基的贵很多,随着砷化镓材料成本的降低,这种太阳能电池价格可以大幅下降,“5到10年内会影响硅基太阳能产业。”他表示。

目前,中国太阳能电池企业很多是基于多晶硅或者单晶硅技术,本来已经遭受美国的所谓倾销制裁,在新技术的冲击下,未来发展前景更是暗淡。希望国内企业可以从新技术突破盘,不要重蹈光盘产业淘汰磁带产业的悲剧。


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