高效聚光光伏電池研制在美起航 將提高光電轉(zhuǎn)換率

時間:2014-03-28 14:52來源:cbcu 作者:admin
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太陽能是免費(fèi)和近乎無限的，對于“能源即生命”的人類而言，沒有理由視而不見、任其浪費(fèi)。不過，即便是當(dāng)前光電轉(zhuǎn)化效率最高、也是最主流的硅片太陽能電池，也僅能將光能的四分之一加以利用。而據(jù)英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志在線發(fā)表的一篇文章指出，盡管目前，晶硅太陽能電池仍有著價格低廉、工藝成熟等顯著優(yōu)點(diǎn)，但隨著石化能源枯竭帶來的危機(jī)日益臨近，科學(xué)家們已經(jīng)開始尋找效率更高的替代者。
    美國伊利諾伊州大學(xué)香檳分校的約翰˙羅格博士就是其中之一。他與美國聚光光伏組件廠商Semprius公司聯(lián)合研發(fā)的新型硅片，在最新的試驗(yàn)項(xiàng)目中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。其實(shí)早在2012年，Semprius公司就曾公布旗下光伏組件轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)造了當(dāng)時的世界紀(jì)錄，達(dá)到33.9%(有效面積)，并獲得了證實(shí)與室外檢驗(yàn)確認(rèn)。而此次，在2014年的美國科學(xué)促進(jìn)會會議上，羅格宣布其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了42.5%。即便封裝入面板，也能夠保持在35%，而經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)試，最高可達(dá)到驚人的50%。
    這種新型電池的秘密是什么呢?


    答案是它的構(gòu)造并非傳統(tǒng)形式，而是在每塊電池板中層層堆疊了四塊硅片。
    一般而言，太陽能電池都由半導(dǎo)體材料制成。每種半導(dǎo)體都具有一種被稱為帶隙的性質(zhì)，帶隙的不同將半導(dǎo)體彼此區(qū)別開來。帶隙決定著一種半導(dǎo)體能夠吸收的光線的最長波長，也控制著其從波長較短光線的光子中，所能獲取的能量上限。
    通常情況下，正是因?yàn)閹兜拇嬖�，傳統(tǒng)太陽能電池難以捕獲長波光線中的光子，而對短波光線光子又無法做到完全利用。
    為了克服這一弊端，約翰˙羅格在制作相疊放的四塊電池片時，分別使用不同的材料。其目的就是讓上一層電池片的帶隙最低值與下一層電池片帶隙的最高值相吻合，以此類推。這樣，每一層電池片都能夠各自吸收掉光譜中的幾種波長并將其轉(zhuǎn)化為電能，同時讓其他波長“漏”給下一層使用，最終實(shí)現(xiàn)物盡其用。
    與此前其他的實(shí)驗(yàn)室成果一樣，這種新式電池要想實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，面臨的最大問題是如何降低砷、鎵、銦等所用稀有金屬的成本。約翰˙羅格的方法，是降低太陽能電池片表面半導(dǎo)體材料的涂層面積。傳統(tǒng)電池片要求完全涂滿，但羅格的新品只需要表面積的0.1%。半導(dǎo)體材料以每一個僅1平方毫米大小的點(diǎn)的形式，分散在整個電池片的表面——這意味著一塊125平方米的電池面板上，將有100萬個這樣的材料點(diǎn)。而在這些點(diǎn)之上，安裝有便宜的玻璃透鏡，可以把太陽光聚攏入電池疊片，保證所有的入射光都有材料點(diǎn)與之相對應(yīng)。
    更值得一提的是這種新型電池的涂層工藝——將細(xì)小的電池生長在砷化鎵晶圓上，然后將其快速剝離，再用晶圓制作更多的電池。具體做法是將一個臨時涂層放在原始砷化鎵襯底上，然后將新型太陽能電池的襯底放在這個涂層之上。一旦硅片開始加工，轉(zhuǎn)移噴涂工藝會將電池從砷化鎵襯底轉(zhuǎn)移到插入的硅片上。
    目前，Semprius公司的產(chǎn)品正在全球14處地點(diǎn)進(jìn)行測試。至于進(jìn)入大批量生產(chǎn)后的成本，目前尚難以估計(jì)。不過，約翰˙羅格本人提示說，西門子公司業(yè)已宣布有能力令光伏發(fā)電的成本低于火力發(fā)電。盡管，光伏發(fā)電在解決儲能問題之前，無法完全取代石化能源的地位，但就目前不計(jì)補(bǔ)貼在內(nèi)的成本水平而言，仍是可以在某些方面做出貢獻(xiàn)。
而新的面板還具有美觀的優(yōu)點(diǎn)，可以看起來賞心悅目。至少，肯定要比燃煤火電站漂亮多了。
 
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