211service.com
Mikrosolceller håndterer mere intenst sollys
En nystartet virksomhed håber at nedbringe omkostningerne ved at generere strøm med koncentreret sollys ved at bruge solceller i mikroskala, der kan udnytte dobbelt så meget lys som andre paneler, uden behov for dyr optik eller kølesystemer. Paneler lavet af de små celler, som det Durham, NC-baserede firma Altid udviklet ved hjælp af en ny mikroprintteknologi, giver også betydelige besparelser på materialeomkostninger. I slutningen af januar annoncerede virksomheden en fælles aftale med Siemens om at udvikle demonstrationssystemer baseret på deres teknologi. Semprius planlægger at påbegynde volumenproduktion af modulerne i 2013.
Mikrocelle: Solcellerne lavet af Semprius er 600 mikrometer på hver side og kan kombineres med højeffektsoptik. Selve cellen (den sorte firkant i midten) er monteret oven på en keramisk base med elektriske kontakter på hver side.
Tilføjelse af koncentrerende linser til solpaneler øger mængden af elektricitet, de kan producere. Men solcellekoncentratorer tilføjer en stor udgift til en solcelleinstallation. Selve de optiske systemer er dyre og omfangsrige – jo større en celle er, desto større skal dens parrede linse være. Mere intenst lys betyder også, at mere præstationsnedsættende varme skal bortledes ved hjælp af køleplader eller blæsere. Selvom omkostningerne delvist opvejes af effektiviteten af højkoncentrerede solceller, begrænser det den potentielle effekt af sådanne koncentratorsystemer. De to store leverandører af koncentrerede solcellemoduler, Amonix og Emcore , sælger begge systemer baseret på celler i konventionel størrelse, der fungerer under 500 gange koncentration af sollys med dyre kølesystemer.
Semprius’ solcellemoduler indeholder arrays af kvadratiske celler, der kun måler 600 mikrometer på hver side. Disse celler har tre halvledende lag - som hver især er baseret på galliumarsenid og absorberer et andet bånd af sollys - og de er lavet ved hjælp af en kombination af kemisk ætsning og udskrivning, hvilket betyder, at færre råmaterialer går til spilde. De kan fungere under sollys koncentreret 1.000 gange ved hjælp af billige optiske systemer. Ifølge National Renewable Energy Laboratories varierer effektiviteten af de resulterende moduler fra 25 til 35 procent, og de kan levere elektricitet for omkring 10 cent i kilowatttimen. Virksomheden forventer, at de endelige omkostninger, inklusive installation, vil være $2 til $3 pr. watt.
Sidste år lavede en undersøgelse af forskere ved Sandia National Laboratories i Albuquerque, NM, foreslog, at solceller i mikroskala kunne tilbyde forskellige omkostnings- og designfordele. Du reducerer mængden af halvledere, du har brug for, så der kan være store omkostningsbesparelser, siger Gregory Nielson, chefforsker på Sandia-projektet. Og du kan gøre ting med optikken, som du ikke kan gøre med større celler.
Mindre solceller er mere effektive til at sprede varme. Når cellerne er under en millimeter, afviser de varmen så effektivt, at de bliver lige så kølige som et solpanel uden behov for kølesystemer, siger Nielson. Dette skyldes, at de små celler har en meget større procentdel af det samlede areal, der er givet op til varmespredende kanter.
Solar koncentrat: Denne solar linse array koncentrerer lys på mikroskala solceller indeni.
Nøglen til fremstilling af Semprius' celler er en trykproces udviklet af forskere ledet af John Rogers , professor i materialevidenskab og teknik ved University of Illinois i Urbana-Champaign.
Solceller laves typisk ved at opbygge aktive lag på overfladen af en halvlederwafer og derefter save waferen i stykker. Semprius' trykproces begynder med at behandle wafers på nogenlunde samme måde. Men i stedet for at save bruger virksomheden kemisk ætsning til at skære overfladen af en wafer til celler i mikroskala, og efterlade dem fastgjort til waferens overflade med en lille flig. Nøglen til ætsningstrinnet er at tilføje et offerlag, når waferne behandles. Det kemiske ætsemiddel tærer på netop dette lag og spalter cellerne fra overfladen. En robot, der bærer et polymerstempel, bevæger sig derefter hen over waferen, samler cellerne op og placerer dem oven på en række keramiske bagsider trykt med elektriske kontakter. Processen bruger kun et tyndt lag af waferens overflade, som kan sendes tilbage til støberiet for at blive genbrugt. Hver fire-tommer wafer kan bruges til at producere 36.000 celler.
Hver celle toppes derefter med en lille sfærisk kuglelinse. Normalt er der et stort hot spot i midten af cellen, men kuglelinsen fordeler lyset ensartet, siger Joseph Carr, Semprius' CEO. Disse linser fanger sollys fra en vid vinkel. Til sidst er de linse-toppede celler grupperet i 14-tommer arrays, som er toppet med silikone linser, der retter sollys mod de mindre kuglelinser. Tilsammen koncentrerer det optiske system solens lys 1.000 gange. Disse arrays er stablet på en lystracker for at lave et 18 x 8 fods solcellemodul.
Semprius planlægger at licensere sin printteknologi for at muliggøre volumenproduktion af modulerne inden 2013. Virksomheden planlægger at udvikle solsporingskontrolsystemer med Siemens og videreudvikle sin mikroprintteknologi, som er kompatibel med en række halvledende materialer, herunder silicium .