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美國研發新技術 實現能源轉換效率42.8%之太陽電池

上網時間: 2007年08月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:太陽能電池  能源轉換效率  聯盟 

一個由美國大學和業界組成的聯盟最近宣佈,已研發了全球能源轉換效率最高、達42.8%的太陽能電池,而一般傳統太陽能電池的能源轉換效率僅15%。上述聯盟成員包括發明該太陽電池技術的Delaware州大學(University of Delaware),以及準備將該技術商業化的業者E.I. du Pont de Nemours and Company (DuPont)。

這個分為三個階段、總研究經費1億美元的研發計畫,是由美國國防部高等研究計劃局(Darpa)所贊助的「超高效率太陽能電池(Very High Efficiency Solar Cell,VHESC)專案」。該聯盟為期三年的最終目標,是達成以目前傳統太陽能電池每平方公尺1,000美元的成本,實現50%的能源轉換效率。

Delaware州大學電子工程系教授兼VHESC專案聯合首席研究員Christiana Honsberg表示:「我們非常有信心能達成Darpa為VHESC專案所設立的目標──畢竟我們僅在第一階段的18個月裡就實現了42.8%的能源轉換效率。」

該研究專案剛結束的第一個階段僅花費了Darpa所贊助之1億美元總經費中的1,300萬美元。接下來的兩個研究階段各需18個月,重點會對現有的技術成果進行最佳化,並進一步將能源轉換效率再提高7.2%、達到50%的目標,同時也降低設計成本。

該聯盟對於將成本降低到每平方公尺1000美元深具信心,不過也表示要實現50%轉換效率的目標,光靠將結構從5層擴展到6層以及最佳化設計還不足夠。目前只有軍事和航太域才負擔得起砷化鎵太陽能電池,而要降低採用鎵、銦、氮化物和多晶矽等材料的太陽能電池成本,成為一大難題。

Honsberg表示:「我們有來自不同領域的專家,現在的挑戰是結合他們的不同專長,共同設計出一個具成本效益的方案。」

該聯盟所研發的創新技術採用了多個由混合式封裝覆蓋的晶粒(dice),並有光波導(optical waveguides)將太陽光分解到其分量波長(component wavelengths),每個波段聚焦到一個適合這一波長的太陽能電池晶片中。之所以需要多個晶粒,是因為該技術結合了多種不相容的半導體,包括單晶矽、砷化鎵、砷化鎵銦和氮化鎵銦等。

VHESC專案首席研究員、電子工程教授Allen Barnett表示:「如今我們已經有了多個不同的層,採用不同的半導體材料,而最終的設計需要添加一個第六層,才可以達到50%能源轉換效率的目標。」

DuPont將成為該技術的主要推廣商,儘管它還需要依靠Delaware州大學提供協助,來設計現有方案的低成本版,並將於2010年開始商業化生產。Honsberg表示:「我們必須完成所有的設計工作,實現技術的最佳化,並開發出一個具有商業化可行性的可製造方案。」

目前的方案是將頻譜分開,然後透過鏡子將光集中,當光到達各個太陽能電池時,會比普通的太陽光強200倍以上。但這一方案需要昂貴的太陽光追蹤(sun-tracking)設備來使電池一直對準太陽的方向。而在商業化方案中則需要重新設計此一集中設備,將光強度降低到普通光的20倍以下,好讓不必追蹤太陽方向的傳統太陽能光電板也可以被生產。

Darpa表示,該機構贊助此一計畫的目標,是為了替今日得背負近100磅重量之裝備的士兵,減輕約20磅的電池重量。未來士兵們將攜帶VHESC專案所研發的太陽能電池組,在白天時為無線電、GPS裝置、夜視鏡和其它設備充電。這些太陽能電池組將比現有的太陽能電池小30倍,士兵可以將之安裝在隨身背包的頂端以便在行動時充電,或者固定安裝在軍事設施的屋頂上。

此一研究專案的其它商業成員還包括BP Solar、Blue Square Energy、Energy Focus和Emcore and SAIC等公司;研究成員則有Delaware州大學、美國國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)、喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)、普渡大學(Purdue University)、羅徹斯特大學(University of Rochester)、麻省理工學院(MIT)、加州大學Santa Barbara分校、光學研究協會(Optical Research Associates)和澳洲國立大學。

(參考原文:Consortium claims solar-cell efficiency record)

(R. Colin Johnson)




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