太阳能电池前景灿烂,诸厂商积极跟进

2007-05-28 15:12:11来源: 国际电子商情
全球能源供应的紧张程度加剧让人们忧心忡忡。汽油价格不断上涨,煤、石油和天然气等不可再生能源的供应不断减少,使得寻找替代能源一事变得更加紧迫。解决之道在于用之不竭的、基于技术的能源,因为这些能源可以再生;环境友好,不会加剧温室效应;持续的技术突破,则将使其获取成本不断下降。

通过塑料基板,Nanosys希望利用卷轴式制造工艺来提供低成本太阳能电池。

太阳能是这些新能源的代表。事实上,人们已经用上太阳能,不过其成本大约是传统电力的三倍。――前者的成本是每千瓦18~22美分,而传统电力的价格仅为每千瓦5~10美分。但是,随着技术的进步,例如利用“塑料”太阳能电池来取代比较昂贵的硅太阳能电池,美国能源部认为太阳能成本将在10年内降至常规电力的水平。

最近,证明这一产业大有前途的一个事件是:全球最大的芯片制造设备供应商应用材料公司(Applied Materials)以高达4.64亿美元的现金收购Applied Films公司,使其产品组合扩大并覆盖了薄膜太阳能电池。

太阳能电池通过把光子吸收到半导体之中,然后激发出足够多的电子来驱动电路。“全球对于太阳能电池的兴趣非常浓厚。”市场调研公司Gartner Dataquest的副总裁兼半导体研究主管Jim Tully表示。“例如,日本政府期望到2030年的时候,家庭用电将有50%来自太阳能。”据太阳能产业咨询公司Solarbuzz LLC的数据,在30~40亿美元的全球太阳能电池市场中,目前日本约占20%的份额。德国安装的太阳能电池数量最多,2005年占全球的57%,而美国仅占7%,欧洲其余地区占6%,世界其它地区占10%。

在各种可用太阳能电池中,采用玻璃或塑料基板的非晶硅太阳能电池最便宜,效率为6%左右;而采用单晶晶圆的多结砷化镓太阳能电池的效率可高达30%,但成本则是前者的100倍。单晶和多晶硅太阳能电池是最常见的类型,其效率为10~18%。可随时安装(Ready-to-install)的太阳能电池售价约为每瓦4美元。

“我们认为,单晶和多晶硅系统都有显著降低成本的方法,如设法降低其晶圆的厚度等。”阳光美国计划(Solar America Initiative)的项目经理Craig Cornelius表示。该项目是美国能源部新设立的一个替代能源项目。“但我们在技术方面是不可知论者,因为还有许多其它技术也正在开发之中,如薄膜器件厂商拥有许多很有希望的方法可以把制造成本降至非常低的水平。”转换效率低于单晶或多晶硅的器件包括非晶硅、碲化镉、硒化铟铜和其它类似的合金。

Cornelius 还表示:“另外,浓缩式光伏系统和多结太阳能电池具有非常高的效率,使其也很有吸引力——如果找到降低其电池成本的方法。”

据Solarbuzz LLC,目前单晶与多晶硅太阳能电池占全球市场的93%,其发电成本约为每千瓦18-22美分。玻璃或不锈钢基板上的薄膜太阳能电池占全球份额的7%,它们的效率低于硅电池,约为5~8%,但成本也相应较低。Shell Solar公司最近把它的单晶和多晶硅太阳能电池部门出售给了太阳能产业巨头Solarworld AG,以全力专注于采用便宜的玻璃基板的薄膜太阳能电池。

由于晶圆约占硅太阳能电池成本的50%,这些非硅太阳能电池仅通过改用便宜的玻璃、不锈钢或可弯曲的聚合体(塑料)基板,就能大幅降低成本。非硅太阳能电池所采用的薄膜材料包括非晶硅、纳米微晶硅、碲化镉、铜铟镓二硒和其它无机合金。

从事无机薄膜研究的初创公司则通过公开集资来为其研发筹措资金。例如,Nanosolar公司已获得1,000多万美元的政府合同,并且得到了4,800万美元的风险投资,以开发一种便宜的卷轴式(roll-to-roll)太阳能电池制造工艺。它正在与美国劳伦斯伯克力国家实验室和圣地亚国家实验室合作进行这方面的研究。Nanosolar公司的铜铟镓二硒电池利用一个低成本基板,该基板的加工不需要真空沉积。Nanosolar声称,这是全球性价比最高的太阳能电池。

Nanosys公司也在开发薄膜太阳能电池,采用的是利用硅、锗化硅、硒化镉、砷化镓、氮化镓和磷化铟等制造的无机纳米结构。通过采用重量轻、易弯曲的塑料基板,Nanosys也希望利用卷轴式制造工艺来提供低成本太阳能电池。

在其去年的报告中,美国能源部下属的国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)称,HelioVolt公司的铜铟硒化镓(CIGS)薄膜光伏电池已获得成功。该公司表示,其获得专利的内部吸引结(intra-absorber junction)依赖于沉积两个薄膜,并在这两个薄膜之间利用一个加热板把晶格结构“印刷”在薄膜上而形成一个半导体结。通过类似于阳极晶片接合技术的瞬间加热技术,利用一个能够大量生产这种材料的可再利用模板,该工艺迫使硒进入晶格。

有望制成大面积太阳能电池的是染料稳定(dye-stabilized)和有机聚合体(塑料)太阳能电池。但是,与传统的无机材料相比,有机材料的载流子迁移率较低,电池负载能力也较低。另外,其寿命无法达到目前太阳能电池所及的25年。

“采用喷墨制造工艺的器件很有前途,但一般面临载流子迁移率较低的问题。”Gartner Dataquest公司的Tully表示,“这方面虽然在不断改善,但近期却是一个缺点。”他认为,在初期阶段,塑料太阳能电池将限于相对低频和低功率应用。但即使如此,仍存在相当大的机会,可以进入低功率个人电子产品。

Konarka科技公司进行有机太阳能电池开发已有10年时间。除已获得的6,000万美元风险投资以外,最近该公司又获得了600万美元的投资,用于开发采用可弯曲塑料基板的有机太阳能电池。Konarka公司的首席营销官Daniel McGahn表示:“我们正在把有机化学太阳能电池打印在可弯曲的聚合体基板上,这些基板可以是透明的,也可以是不透明的,取决于具体配方。” 该公司采用低温卷轴式制造工艺,类似于处理照相软片。Konarka设想其首款产品是一种小型的光驱动、可弯曲“再装填器”,可以吸收任何类型的光(甚至台灯的光),为手机、笔记本电脑和其它小型电子产品充电。面向军事应用,该公司还开发了一种便携发电帐篷,该帐篷外涂一层可弯曲聚合体,可以把帐篷变成一台发电机,为帐篷里面的设备供电。

分析师Tully表示:“当这些塑料太阳能电池的光谱响应拓宽到可以纳入红外线的时候,它们可能被织入面料之中,利用人体热量在夜间发电,而白天则利用阳光发电。”

Konarka已开发出覆盖不同部分光谱的配方,专注于两个基本类型的太阳能电池——具有化学内核的染料敏化(dye-sensitized)电池,以及在聚合体矩阵之类薄膜上面嵌入纳米粒子“颗粒”的电池。“我们把有机化学太阳能电池打印在可弯曲的聚合体基板上面,这些基板可以是透明的,也可以是不透明的,取决于具体配方。”McGahn表示,“我们的材料与照相软片负性材料非常相似,但材料堆叠比照相软片更简单。”

该公司宣布,在实验室条件下,其基于染料的太阳能电池效率为11%,有机电池的效率可高达8%。它计划与塑料生产商合作,使建材也成为太阳能材料,比如在窗户中增加一个颜色层或者使墙板具备太阳能发电能力。McGahn表示:“我们的许多配方将被称为一种结构,因为我们要把它们加工成更像用于遮阳篷的材料,而不是附着在建筑物上面的模块。”

关键字:驱动  光子  基板  多晶

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