生產工藝提高預計太陽能電池成本減半
雙溪技術公司(Twin Creeks Technologies)是一家新創公司,一直在默默無聞地經營,今天,公司開發出一種方法,用以制作晶硅薄片,它說可以使硅太陽能電池的(de)生產成本減少一半。公(gong)司在(zai)一所小工廠展示了(le)這(zhe)項技術(shu),這(zhe)是一所每年25兆(zhao)瓦的(de)太陽能電池工廠,正(zheng)在(zai)建設之中,就在(zai)密西西比州(Mississippi)的(de)塞(sai)納陶比亞(Senatobia)。
柔(rou)性(xing)電(dian)源(yuan):雙溪(xi)公(gong)司(si)20微米厚的金屬涂層(ceng)硅片柔(rou)韌強大。
西哇(wa)?西哇(wa)拉姆(Siva Sivaram)是雙溪公(gong)司(si)首席執行官(guan),他說,公(gong)司(si)的(de)技(ji)術既減(jian)少(shao)了所需硅的(de)數(shu)量,也(ye)減(jian)少(shao)了生產設備的(de)成本。他聲稱,公(gong)司(si)生產太(tai)陽能電池,大(da)約只需每瓦40美分,相比之下,現(xian)在最便宜的(de)太(tai)陽能電池也(ye)需要約80美分。雙溪公(gong)司(si)已籌(chou)集到9300萬美元風險(xian)資本,再(zai)加(jia)上密西西比州的(de)貸款(kuan)和其他來源的(de)資金,公(gong)司(si)會(hui)用于建設它的(de)太(tai)陽能工廠。
晶(jing)(jing)硅(gui)(gui)片占太(tai)陽能電池的大部分(fen),傳統方法制備晶(jing)(jing)硅(gui)(gui)片,需(xu)要切割塊(kuai)狀或柱狀硅(gui)(gui),形成200微米厚的晶(jing)(jing)圓(yuan),這個工藝(yi)會(hui)把(ba)大約(yue)一半的硅(gui)(gui)變成廢棄物。業界使用200微米的晶(jing)(jing)圓(yuan),因為晶(jing)(jing)圓(yuan)太(tai)薄,就很(hen)脆,往往會(hui)在生產(chan)線上(shang)碎裂。但在理(li)論上(shang),它們可以達到(dao)20至30微米薄,仍(reng)然會(hui)同樣有效,甚至會(hui)更有效地把(ba)太(tai)陽光轉換成電能。
雙(shuang)(shuang)溪公(gong)司(si)的工(gong)(gong)藝可以制(zhi)作(zuo)20微(wei)米厚的硅片,基(ji)本(ben)上沒有(you)(you)浪費。這需要使用(yong)薄層(ceng)金(jin)屬,使它們足夠耐用(yong),可以承受傳統太(tai)(tai)陽能電池(chi)加工(gong)(gong)設(she)(she)備。西哇拉姆說,因為大大減(jian)(jian)少(shao)了(le)線鋸及(ji)相(xiang)關(guan)設(she)(she)備的使用(yong),而(er)(er)且(qie)制(zhi)作(zuo)更薄的晶圓,所以,雙(shuang)(shuang)溪公(gong)司(si)所需的硅量減(jian)(jian)少(shao)了(le)90%,也大大降低了(le)資本(ben)費用(yong)。他說,這項技(ji)術可以添加到(dao)現(xian)有(you)(you)的生(sheng)產(chan)線上。這家公(gong)司(si)的主要計劃(hua)是出售生(sheng)產(chan)設(she)(she)備,而(er)(er)不是生(sheng)產(chan)太(tai)(tai)陽能電池(chi)。“我預計,到(dao)明年這個時(shi)候,我們會有(you)(you)六到(dao)十(shi)二(er)個這樣的工(gong)(gong)具實地使用(yong),”他說。
加(jia)快太陽能發電:雙溪公司(si)的海曝離(li)(li)3(Hyperion 3)是離(li)(li)子(zi)加(jia)速器,用氫離(li)(li)子(zi)轟擊硅板,產生非常(chang)薄的太陽能硅片,用于太陽能電池。硅板排列(lie)在(zai)所說結(jie)構(gou)的外圍(wei),離(li)(li)子(zi)撞擊晶(jing)圓(yuan)時,這(zhe)些(xie)結(jie)構(gou)會旋轉(zhuan)。
這(zhe)(zhe)(zhe)個工藝始于(yu)真空(kong)室,其(qi)中(zhong),高能氫離子束轟擊(ji)3毫米(mi)厚(hou)的(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)硅(gui)盤(pan)。離子積累(lei)的(de)(de)精確(que)深度是(shi)20微米(mi),這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)由光束電壓控制(zhi)的(de)(de)。一旦積累(lei)了足夠的(de)(de)離子,機械臂就會(hui)(hui)快速(su)移(yi)去晶(jing)(jing)圓,然后(hou)放在爐(lu)子里(li),這(zhe)(zhe)(zhe)樣,硅(gui)中(zhong)的(de)(de)離子就會(hui)(hui)形(xing)成(cheng)微觀氫氣(qi)氣(qi)泡,這(zhe)(zhe)(zhe)些氣(qi)泡會(hui)(hui)擴(kuo)大,在硅(gui)晶(jing)(jing)片中(zhong)形(xing)成(cheng)微小裂(lie)縫,這(zhe)(zhe)(zhe)就會(hui)(hui)使20微米(mi)厚(hou)的(de)(de)硅(gui)層剝(bo)落(luo)下來。公(gong)司把金屬襯板用(yong)(yong)于(yu)這(zhe)(zhe)(zhe)樣的(de)(de)薄層硅(gui)上(shang)。公(gong)司使用(yong)(yong)的(de)(de)這(zhe)(zhe)(zhe)一專用(yong)(yong)工藝使它不同于(yu)另(ling)一家公(gong)司,就是(shi)阿斯(si)特(te)羅瓦(wa)特(te)公(gong)司(Astrowatt),這(zhe)(zhe)(zhe)家公(gong)司制(zhi)作的(de)(de)晶(jing)(jing)圓同樣薄。但是(shi),阿斯(si)特(te)羅瓦(wa)特(te)公(gong)司的(de)(de)晶(jing)(jing)圓只能略為彎(wan)曲,這(zhe)(zhe)(zhe)就難以適(shi)用(yong)(yong)傳統(tong)的(de)(de)生產設(she)備。
雙(shuang)溪公司的(de)晶(jing)圓可兼容(rong)傳統的(de)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)生產設備,而且,也兼容(rong)現在使用的(de)一些工藝,可制作先進的(de)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)設計(ji),如異質(zhi)結構電(dian)(dian)池(chi)(heterojunction cells)。 西哇(wa)拉(la)姆說,這種氫離(li)子工藝可以(yi)采用硅(gui)以(yi)外的(de)單(dan)晶(jing)材(cai)料,包括砷化(hua)鎵(gallium arsenide),這種半(ban)導體生產的(de)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi),效率(lv)打破世界紀錄(lu)。
使用離(li)子束制(zhi)(zhi)作晶(jing)硅薄晶(jing)圓,以前也考慮過(guo)(guo),但過(guo)(guo)于昂貴(gui),難以成為一(yi)種實用的(de)制(zhi)(zhi)造方法(fa)。它需要(yao)粒子加(jia)速器(qi)(qi),產生的(de)離(li)子束要(yao)有非(fei)常高的(de)電流(liu)和非(fei)常高的(de)能量,“這樣(yang)的(de)東西(xi)過(guo)(guo)去(qu)是不存在的(de),”西(xi)哇拉姆(mu)說。他說,為了使這項技術可(ke)行,雙溪公司開發出一(yi)種離(li)子加(jia)速器(qi)(qi),比市(shi)面上的(de)任何加(jia)速器(qi)(qi)都要(yao)“強10倍”。
雖然公司(si)強調,這項技(ji)術(shu)兼容現(xian)有的(de)生產線,但(dan)是(shi),它(ta)(ta)確實要求(qiu),至少(shao)要有一(yi)項改變。通(tong)常(chang)情況下,晶圓(yuan)經處(chu)理(li)(li),會形成粗糙的(de)表面紋(wen)理(li)(li),這有助于它(ta)(ta)們(men)吸收光(guang)線,而不(bu)(bu)是(shi)反(fan)射(she)光(guang)線。這種紋(wen)理(li)(li)是(shi)由(you)金字塔組成,高度相當于雙溪公司(si)晶圓(yuan)的(de)厚(hou)度,所(suo)以,與新晶片一(yi)起使用是(shi)不(bu)(bu)切實際的(de)。