211service.com
Fokuserer lys på siliciumperler
En virksomhed i Japan har udviklet en ny måde at fremstille solceller på, der reducerer produktionsomkostningerne med så meget som 50 procent. De fotovoltaiske (PV) celler består af arrays af tusindvis af små siliciumkugler omgivet af sekskantede reflektorer.
Silicium kugler: At lave solceller af små kugler af silicium (øverste billede, sort) kan reducere mængden af det anvendte materiale til kun en femtedel. Sekskantede reflektorer (midterste billede) sørger for, at det meste af lyset rammer kuglerne. En fleksibel foliebund gør, at solcellerne kan formes til forskellige anvendelser (nederste billede).
Den vigtigste fordel ved systemet er, at det reducerer den samlede mængde silicium, der kræves, siger Mikio Murozono, præsident for Clean Venture 21 (CV21), baseret i Kyoto, Japan. Vi bruger en femtedel af råsiliciummaterialet sammenlignet med traditionelle PV-celler, siger han.
Dette kan gøre en enorm forskel for de samlede omkostninger ved at producere solceller, siger Howard Branz , ledende videnskabsmand ved Nationalt laboratorium for vedvarende energi ’s Nationalt Center for Solcelleanlæg , i Golden, CO. Omkring 20 til 30 procent af prisen på et solcellemodul er i prisen på råsilicium, siger han.
CV21 startede produktionen af sine celler i oktober; det første af dets 10-kilowatt-moduler kommer til salg i denne måned. Mens disse moduler i første omgang vil koste omtrent det samme som den traditionelle sort, er prisen sat til at falde med 30 procent i 2008, da produktionen i maj stiger fra 1.000 celler om dagen til 60.000 celler om dagen, siger Murozono. Det ultimative mål er at gøre dem 50 procent billigere end eksisterende celler i 2010, siger han.
Sfæriske solceller blev oprindeligt foreslået af Texas Instruments for omkring 30 år siden, siger Branz. Men selvom de havde potentialet til at reducere mængden af brugt silicium, bragte de en lang række nye problemer med sig. Deres buede overflader kan for eksempel få mere lys til at reflekteres, hvilket reducerer deres effektivitet. Derudover ender kun halvdelen af kuglen med at blive udsat for lys. Betydelige mellemrum har også en tendens til at dannes mellem kuglerne, når de er arrangeret i arrays, hvilket yderligere kan reducere solcellens effektivitet.
CV21s løsning var at placere hver af siliciumkuglerne på en millimeter i diameter i deres egen sekskantede aluminiumsreflektor. Disse fungerer som billygter, men i bakgear, og sikrer, at ethvert lys, der rammer reflektoren, er rettet mod kuglen. Når denne fremgangsmåde anvendes, bruges selv undersiden af kuglen. Refleksernes sekskantede form gør, at de kan slidses sammen uden dødrum mellem dem. Faktisk er det minikoncentratorer, siger Branz.
Selve kuglerne består af en positivt dopet (p-type) kugle af silicium. Boldens overflade er behandlet for at gøre den negativt dopet (n-type), og der er også tilføjet en antireflekterende belægning. Disse to ydre lag danner grundlaget for det fotovoltaiske halvledermateriale. Kuglerne bindes derefter til en elektrode på et fleksibelt foliesubstrat via et hul i bunden af reflektoren.
Den fleksible foliebund gør, at modulerne kan formes til forskellige anvendelser. Man kunne installere dem oven på hybridelbiler og buede fliser på tagene, siger Murozono.
Jeg tror, teknologien virker, siger Branz. Men spørgsmålet er, om virksomheden kan effektivisere solcellerne. De celler, der i øjeblikket produceres, har en effektivitet på kun omkring 10 procent, siger han. Lige nu er de fleste solceller 14 til 15 procent effektive.
At reducere omkostningerne med 30 procent hjælper ikke, hvis der skal 30 procent flere celler til for at producere den samme mængde elektricitet, siger Branz.
Murozono siger, at der er måder at gøre cellerne mere effektive på - for eksempel ved at forbedre renheden og kvaliteten af silicium. At reducere størrelsen af kuglerne til 0,8 millimeter skulle også forbedre ydeevnen, samtidig med at omkostningerne reduceres yderligere ved at bruge 20 procent mindre silicium. Vi vil forbedre effektiviteten til 13 procent inden for 2008 og 15 procent i 2010, siger Murozono.
Der er en verdensomspændende mangel på silicium af høj kvalitet, siger Charles Cromer , en forsker ved Florida Solar Energy Center i Cocoa, FL. Denne mangel har i høj grad været drevet af væksten i efterspørgslen efter integrerede kredsløb og solceller og har kun været med til at presse prisen på siliciumintensive solceller op. Så en solcelle, der bruger langt mindre silicium end sine konkurrenter, burde give CV21 en reel fordel i forhold til at reducere omkostningerne. Men bare fordi de kan gøre dem billigere, betyder det ikke, at de vil sælge dem til halv pris til forbrugerne, siger Cromer.