211service.com
Effektive, billige solceller
En billig ny måde at fastgøre spejle på silicium giver meget effektive solceller, som ikke koster meget at fremstille. Teknikken kan føre til solpaneler, der producerer elektricitet til gennemsnitsprisen på elektricitet i USA.
Yderligere refleksion: Denne nye solcelle er ekstremt effektiv, men kan laves billigt, takket være en ny teknik til fastgørelse af spejle på silicium.
Suniva , en startup baseret i Atlanta, har lavet solceller, der omdanner omkring 20 procent af energien i det sollys, der falder på dem, til elektricitet. Det er op fra 17 procent for sine tidligere solceller og tæt på effektiviteten af de bedste solceller på markedet. Men i modsætning til andre højeffektive siliciumsolceller, siger Ajeet Rohatgi , virksomhedens grundlægger og teknologichef, Suniva's er lavet ved hjælp af billige metoder. En sådan metode er serigrafi, en relativt billig proces, der ligner silketrykprocessen, der bruges til at printe T-shirts.
Indtil videre har de høje omkostninger ved solceller begrænset dem til en marginal rolle i elproduktionen, der tegner sig for mindre end 1 procent af elektriciteten på verdensplan. Rohatgi beregner, at virksomhedens lave omkostninger fremstillingsteknikker vil gøre solenergi konkurrencedygtig med konventionelle kilder og producere elektricitet for omkring 8 til 10 cents per kilowatt-time - den gennemsnitlige elpris i USA og langt mindre end priserne på mange markeder.
Sunivas celler er effektive i høj grad, fordi de kan fange lys og holde fotoner inde i solcellens aktive materiale, indtil deres energi kan bruges til at frigøre elektroner og generere en elektrisk strøm. Det grundlæggende koncept med at fange lys er ikke nyt. Den er afhængig af teksturering af forsiden af det lag af silicium, der danner solcellens aktive materiale. Tekstureringen skaber facetter, der omdirigerer indkommende lys og bryder det, så det i stedet for at passere direkte gennem siliciumet bevæger sig langs siliciumlagets længde. Fotonerne bliver således længere i materialet og har større chance for at blive optaget af atomer i materialet. Når det sker, kan energien i fotonerne frigøre elektroner, der bruges til at generere strøm.
Lysindfangning kan forbedres ved at parre den teksturerede overflade med et reflekterende lag på bagsiden af siliciumlaget. Spejlet holder lyset i solcellen endnu længere, hvilket øger antallet af frigjorte elektroner yderligere. Som en konsekvens heraf kan siliciumet være halvdelen af dets almindelige tykkelse, mens det absorberer den samme mængde lys. Ved at bruge mindre af et dyrt materiale reduceres omkostningerne direkte. Men det giver også solcelleproducenter mulighed for at nøjes med billigere, mindre rene former for silicium. I en konventionel solcelle, som kan have et siliciumlag på 200 mikrometer tykt, kan urenheder i materialet nemt fange elektroner, før de når overfladen og undslippe for at generere en strøm. I et lag silicium, der kun er 100 mikrometer tykt, har elektronerne imidlertid en kortere afstand at rejse, så de er mindre tilbøjelige til at støde på en urenhed, før de undslipper. Silicium af lavere kvalitet er meget billigere og nemmere at fremstille end det højraffinerede silicium, der normalt bruges i solceller.
Nogle virksomheder har allerede introduceret produkter, der parrer en tekstureret front med en spejlbagside, og teknikken har vist sig at fungere godt i laboratorier i årevis. Men tilføjelse af det reflekterende lag kræver typisk dyr behandling og litografi. Rohatgi har udviklet proprietære materialer, der kan inkorporeres i solcellerne ved hjælp af silketryk. Dette sammen med andre fremskridt, der forenkler fremstillingsprocessen, gjorde det muligt for virksomheden at producere meget effektive celler til en lav pris.
Tonio Buonassisi , professor i maskinteknik ved MIT, siger, at Sunivas nye solcelle er spændende, fordi det er en demonstration af, at nogle af de højeffektive teknologier, der er blevet arbejdet med i årevis i laboratoriet, kan anvendes på markedet. Han siger, at Sunivas beslutning om at bruge sådanne teknologier er en risiko, som de fleste andre solcellevirksomheder har undgået. Nu hvor Suniva har udviklet en måde at anvende disse teknikker billigt på, forudser han, at andre solcellevirksomheder kan blive tvunget til at gøre det samme for at konkurrere.
Der er ganske vist et betydeligt arbejde tilbage, før målet på 8 til 10 cents pr. kilowatt kan nås. Suniva har demonstreret det afgørende første skridt, som er at vise, at man kan lave solceller, der er mere end 20 procent effektive ved hjælp af silketryk. Resultaterne er blevet bekræftet af Nationalt laboratorium for vedvarende energi , i Golden, CO. Men til disse tests brugte Suniva celler med 200 mikrometer tykke siliciumwafers, og for at nå 8 cent per kilowatt vil det kræve 100 mikrometer wafers. At dette er teknisk muligt er fastslået. Udfordringen ligger i at erhverve store mængder af sådan silicium, da tynde skiver ikke er kommercielt tilgængelige, siger Rohatgi. Hvad mere er, skal fabrikker omværktøjes til at håndtere 100 mikrometer celler, som maskiner designet til at håndtere tykkere wafere kan gå i stykker.
Virksomhedens prioritet er nu at opskalere produktionen af sine højeffektive 200 mikrometer celler, hvilket stadig kan sænke omkostningerne til solenergi. Når først det har etableret højvolumenproduktion, er næste skridt at introducere tyndere wafere, hvilket reducerer omkostningerne yderligere.