微型聚光太陽能電池創(chuàng)紀(jì)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(dāng)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(jì)錄。太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，是指電池把陽光轉(zhuǎn)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(chuàng)公司，依靠它的新創(chuàng)意，在太陽能電池世界產(chǎn)生巨大影響。

　　賽普留斯公司的三結(jié)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(jié)構(gòu)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(shù)，就是微轉(zhuǎn)移印花工藝(micro-transfer printing process)，使微型電池從生長基質(zhì)轉(zhuǎn)移到晶圓上。采用大規(guī)模并行工藝，成千上萬的電池可以同時轉(zhuǎn)移。這就使原來的基板可以反復(fù)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(fēng)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(chuàng)公司參與光伏孵化器項目，就是現(xiàn)在的升夏孵化器，是屬于國家再生能源實驗室?，F(xiàn)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(fā)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(xué)家的專業(yè)知識，協(xié)助他們克服障礙，測試可靠性和有效性。

　　轉(zhuǎn)移印花技術(shù)發(fā)展，創(chuàng)新太陽能電池應(yīng)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(xué)(University of Illinois)，約翰?羅杰斯(John Rogers)教授和他的小組開發(fā)轉(zhuǎn)移印刷工藝，最初是打算用于柔性電子產(chǎn)品。

　　不久，羅杰斯意識到，應(yīng)用這項技術(shù)，可以進行聚光光伏(CPV)設(shè)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(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)。然后，晶圓經(jīng)加工后，使用轉(zhuǎn)移印花工藝，從砷化鎵基板中上取下電池，把它們轉(zhuǎn)移到內(nèi)插晶圓上。

　　國家再生能源實驗室最先進的測試和表征儀器，在檢測太陽能電池的質(zhì)量和效率，比如賽普留斯公司制作的這個模塊。來源：國家再生能源實驗室

　　“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(yīng)用工程經(jīng)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(zhuǎn)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(shè)備。”

　　聚光光伏需求，預(yù)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(gòu)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(yù)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(yè)培訓(xùn)”，所以，這家公司就選擇那里的位置。這所工廠預(yù)計明年開始運營，初始容量為5兆瓦，最終會發(fā)展為35兆瓦。

　　現(xiàn)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(zhí)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(zhuǎn)移印花技術(shù)制作太陽能電池，是在2007年，當(dāng)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(xiàn)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(yīng)用的時候。

　　“那時，我們勉強符合標(biāo)準(zhǔn)，”高薩爾說。“規(guī)定說，必須有一個現(xiàn)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(jié)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(jié)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(biāo)，這都是國家再生能源實驗室規(guī)定的， “我當(dāng)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(jié)果超過了預(yù)期，通過了國家再生能源實驗室合同的嚴(yán)格規(guī)定。

　　“看起來像是要求過高，但我們都達到了目標(biāo)，”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(chǎn)，這種模塊是24英寸乘18英寸，約兩個半英寸深，聚光倍數(shù)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(shù)，因為是大量生產(chǎn)。