鋁箔板上印刷廉價(jià)太陽能電池板技術(shù)亮相?
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在鋁箔板上印刷廉價(jià)太陽能電池板的技術(shù)近日亮相，這將成為太陽能產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)里程碑。
納諾太陽能技術(shù)的關(guān)鍵是銅，銦，鎵和硒化物夾層，這種夾層板的厚度僅相當(dāng)于現(xiàn)在太陽能光電市場(chǎng)使用的硅板的百分之一。該技術(shù)的巨大潛力打動(dòng)了谷歌建立者瑟吉?布林和拉里?佩奇，從技術(shù)發(fā)展早期，二人就成為了該項(xiàng)目的天使投資者。
兩個(gè)聲明成就了納諾太陽能公司的首次亮相：該公司有40億美金的合同在手，他們的太陽能板每瓦特產(chǎn)能售價(jià)1美金。這一價(jià)格和現(xiàn)在世界通用的化石燃料價(jià)格相比很有競(jìng)爭(zhēng)力。
特別是這種技術(shù)可以避免建設(shè)火電站和核電站那樣巨大電站時(shí)的種種困難，在鄰近城市的地方建許多小些的太陽能電站成為人們的又一選擇。
“像我們的產(chǎn)品這樣的太陽能板有很高的投資回報(bào)率，配置可以從2兆瓦到20兆瓦任意選擇。如果用電量急劇上升，這樣的市政電廠可以在六個(gè)月內(nèi)建成并直接向當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸電，而不需要大規(guī)模的輸電電網(wǎng)投資?！碧柲芄镜腃EO馬丁?羅思切森在給“連線”網(wǎng)站的郵件中寫到?！盎痣姾秃四茉谕顿Y回報(bào)率和快速投產(chǎn)方面都沒辦法與之匹敵。”
由于該項(xiàng)太陽能技術(shù)被視為一項(xiàng)真正意義上的“突破”，從20世紀(jì)80年代早期開始，薄膜太陽能技術(shù)就已經(jīng)成為美國(guó)替代能源研究的主要關(guān)注領(lǐng)域。硅電池易于生產(chǎn)，性能可靠，效率也很高，但一些研究人員認(rèn)為硅電池也有其固有的缺陷。生產(chǎn)硅電池比薄膜太陽能電池要用到更多的硅。而且即使它能達(dá)到40%的光電轉(zhuǎn)化率，其效率也遠(yuǎn)低于化石能源燃料。
國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)九十年代一直致力于薄膜太陽能的研究，但在似乎沒什么技術(shù)能在實(shí)驗(yàn)室以外湊效。事實(shí)證明真正生產(chǎn)薄膜太陽能電池十分困難。
2005年第一太陽能公司以一種碲化鎘薄膜電池殺入太陽能市場(chǎng)。他們的生產(chǎn)成本迅速下降，他們還拿到了幾十億美金的合同。就在前兩天，他們還與中國(guó)官方簽訂了一項(xiàng)20億瓦特的合同?，F(xiàn)在投資者們認(rèn)為第一太陽能公司的市值比美國(guó)航空、德爾塔航空和聯(lián)邦航空三家的總和還要高。第一太陽能公司已經(jīng)成為納諾太陽能公司的最大障礙和目標(biāo)。
納諾太陽能公司與其他公司的最大不同之處就是他們將半導(dǎo)體粘結(jié)在金屬箔的技術(shù)很特別。絕大多數(shù)公司都需要在真空環(huán)境下進(jìn)行各種操作，而納諾太陽能公司能直接將太陽能電池印刷在金屬箔上。
“他們與其他公司的區(qū)別在于他們發(fā)明了一種不需要真空環(huán)境生產(chǎn)太陽能電池板的技術(shù)?！眹?guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室薄膜太陽能研究員米格?康特亞說?！罢f起來似乎很普通，我要指出的是這種濕化學(xué)技術(shù)能為其在固定設(shè)備投資方面節(jié)省大量資金?！?/font>
這種太陽能電池的基板鋁箔量大價(jià)廉，這就是公司在原材料和生產(chǎn)方面的優(yōu)勢(shì)。
今年早些時(shí)候，第一太陽能公司宣稱他們開始生產(chǎn)價(jià)格低于1美金每瓦特的太陽能電池。納諾太陽能公司表示他們的價(jià)格可以更低。納諾還在最近的白皮書中將第一太陽能公司作為目標(biāo)，并聲稱他們的“系統(tǒng)平衡成本”（除太陽能電池板本身以外的所有其他原料）更低。
對(duì)于一家還沒有投入商業(yè)化生產(chǎn)的公司這樣講似乎是在說大話，但納諾公司已有5億美金風(fēng)險(xiǎn)投資和一些前沿技術(shù)在手。除了他們已贏得的合同，他們還宣布國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室測(cè)試證實(shí)納諾的電池是效率最高的印刷太陽能電池，轉(zhuǎn)化率達(dá)到了16.4%。
即使太陽能公司間的競(jìng)爭(zhēng)正在升溫，在不斷擴(kuò)大的可再生能源市場(chǎng)里還是有許多市場(chǎng)空間。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)成本降低，這些對(duì)于太陽能提倡者們來說都是好消息。在二十世紀(jì)九十年代早期太陽能生產(chǎn)主要成本降低以后，太陽能模塊的平均成本就沒再大幅降低過。
如果想第一太陽能公司和納諾太陽能公司這樣的公司持續(xù)壯大，他們會(huì)將太陽能的平均價(jià)格降低到可以與化石燃料箱競(jìng)爭(zhēng)。第一太陽能公司今年將生產(chǎn)十億瓦特的太陽能電池板。納諾公司的產(chǎn)量相對(duì)很小。他們有可生產(chǎn)640兆瓦特電池板的設(shè)備，并且產(chǎn)量也將在目前每月1兆瓦特的基礎(chǔ)上逐步提高。采用滲透汽化術(shù)擴(kuò)大生產(chǎn)可能會(huì)遇到些困難，但羅思切森很有信心。
“投產(chǎn)還有很多事情，除非解決所有的問題，否則想每月生產(chǎn)一百萬電池根本不可能?！彼f，“這也是為什么我們的生產(chǎn)人員認(rèn)為從0到1兆瓦特的過程比從1兆瓦到100兆瓦的擴(kuò)產(chǎn)挑戰(zhàn)還要大?！?br>?
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在鋁箔上生長(zhǎng)納米柱可制造光伏電池 成本僅為基于單晶硅的1/10
????? 美國(guó)研究人員開發(fā)出一種新型太陽能電池技術(shù)，這種太陽能電池可通過在鋁箔上生長(zhǎng)直立的納米柱來制成，將整個(gè)電池封裝在透明的膠狀聚合物內(nèi)后就能制作出可彎曲的太陽能電池，成本低于傳統(tǒng)的硅太陽能電池。
領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的美國(guó)加州大學(xué)電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授阿里·杰威表示，與傳統(tǒng)硅和薄膜電池相比，納米柱技術(shù)可使研究人員使用更為廉價(jià)和低質(zhì)的材料。更重要的是，該技術(shù)更適于在薄鋁箔上制作出可卷曲的太陽能電池板，從而降低了制造成本。一旦獲得成功，其生產(chǎn)成本將可低至單晶硅太陽能板的1/10。
這種太陽能電池是通過將統(tǒng)一的500納米高的硫化鎘嵌入碲化鎘薄膜中制成的，這兩種材料均是薄膜太陽能電池中經(jīng)常使用的半導(dǎo)體。杰威及其同事在《自然·材料》上發(fā)表的報(bào)告稱，此種電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的效率可達(dá)6%。此前，也有科學(xué)家使用了這種立柱設(shè)計(jì)思想，但其方法較為昂貴，且光電轉(zhuǎn)換效率不到2%。
在傳統(tǒng)太陽能電池中，硅吸收光并產(chǎn)生自由電子，這些電子必須在受困于材料的缺陷或雜質(zhì)前到達(dá)電路。這就要求使用極為純凈、昂貴的晶體硅來制造高效光伏裝置。
納米柱就承擔(dān)了硅的職責(zé)，納米柱周圍的材料吸收光并產(chǎn)生電子，納米柱將其運(yùn)送到電路。這種設(shè)計(jì)以兩種方式來提高效率：緊密封裝的納米柱捕捉柱間的光，幫助周圍的材料吸收更多的光；電子以非常短的距離穿越納米柱，因此沒有太多的機(jī)會(huì)受困于材料的缺陷。這意味著可以使用低質(zhì)量的廉價(jià)材料。
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有科學(xué)家使用不同的納米結(jié)構(gòu)來制作這種太陽能電池。比如，哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·里波爾研發(fā)了一種包含硅芯和同心硅層各異的納米線；加州大學(xué)伯克利分校的楊培東則開發(fā)出了帶有氧化鋅納米線的染料敏化太陽能電池。這些納米線太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到了4%。
杰威及其同事制作的納米柱電池首次使用經(jīng)氧化處理的鋁箔，創(chuàng)建出呈周期性分布的200納米寬小孔，這些小孔作為硫化鎘晶體直立生長(zhǎng)的模板。然后，對(duì)碲化鎘和頂端電極飾以銅和金的薄膜。它們通過一塊玻璃板和電池相連，或是將其頂端投入聚合物溶液使其彎曲。
喬治亞理工學(xué)院的材料學(xué)和工程學(xué)教授王中林評(píng)價(jià)說，將納米材料工程設(shè)計(jì)與制造柔性可彎曲高效太陽能電池的各種軟基板技術(shù)集成在一起，這是一個(gè)令人興奮的進(jìn)展。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)太陽能電池研究的物理化學(xué)家阿瑟·諾茲克則表示，這種電池要與由硅、碲化鎘和其他材料制成的柔性薄膜太陽能電池進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，其賣點(diǎn)可能不在于其柔性，而是成本優(yōu)勢(shì)。
目前，研究人員正在探索使用可提高轉(zhuǎn)換效率的材料。例如，頂端的銅—金層現(xiàn)在僅有50%的透明度，如果可讓所有的光都透過，其效率就可增加一倍。因此，研究人員正計(jì)劃使用像氧化銦這樣的透明導(dǎo)電材料。另外，利用其他半導(dǎo)體材料作為納米柱及其周圍材料也在研究人員的考慮之中，這樣的制作工藝能適于更廣范圍的半導(dǎo)體材料，其他材料組合亦可能會(huì)提高效率，更重要的一點(diǎn)則是可以避免鎘的毒性問題。
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