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生(sheng)產成本(ben)減少一(yi)半。公司(si)在(zai)一(yi)所小工廠展示了這(zhe)項技(ji)術,這(zhe)是(shi)一(yi)所每年25兆瓦的太陽能電(dian)池工廠,正(zheng)在(zai)建(jian)設之中,就在(zai)密西(xi)西(xi)比州(Mississippi)的塞(sai)納陶(tao)比亞(Senatobia)。
柔性電源:雙(shuang)溪公司20微米厚(hou)的金屬涂層硅片柔韌(ren)強大。
西哇(wa)?西哇(wa)拉姆(Siva Sivaram)是(shi)雙溪公(gong)(gong)司(si)首席執(zhi)行官,他(ta)(ta)說,公(gong)(gong)司(si)的技(ji)術(shu)既減少了(le)所(suo)需硅的數量(liang),也減少了(le)生產(chan)設(she)備的成本(ben)。他(ta)(ta)聲(sheng)稱,公(gong)(gong)司(si)生產(chan)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池(chi),大(da)約只需每瓦40美分,相比之下,現在最便宜的太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池(chi)也需要約80美分。雙溪公(gong)(gong)司(si)已籌(chou)集到9300萬美元風(feng)險資(zi)(zi)本(ben),再加(jia)上密西西比州的貸(dai)款和其他(ta)(ta)來源(yuan)的資(zi)(zi)金(jin),公(gong)(gong)司(si)會用(yong)于建(jian)設(she)它的太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能工廠。
晶(jing)硅(gui)(gui)片占太(tai)陽(yang)(yang)能電池的大部分,傳統(tong)方(fang)法制(zhi)備(bei)晶(jing)硅(gui)(gui)片,需(xu)要切割(ge)塊狀(zhuang)或(huo)柱狀(zhuang)硅(gui)(gui),形成(cheng)(cheng)200微米(mi)厚的晶(jing)圓(yuan),這(zhe)個(ge)工藝會(hui)把大約一半的硅(gui)(gui)變成(cheng)(cheng)廢棄物。業界(jie)使用200微米(mi)的晶(jing)圓(yuan),因(yin)為晶(jing)圓(yuan)太(tai)薄,就很(hen)脆,往往會(hui)在生產線上碎裂。但在理論(lun)上,它們可以達到20至30微米(mi)薄,仍然(ran)會(hui)同樣有(you)效(xiao),甚至會(hui)更有(you)效(xiao)地把太(tai)陽(yang)(yang)光(guang)轉換成(cheng)(cheng)電能。
雙溪公司的(de)(de)工藝可以制作20微(wei)米厚的(de)(de)硅片,基本上沒有(you)浪費。這需要(yao)使(shi)(shi)用薄層金屬(shu),使(shi)(shi)它們(men)足夠耐用,可以承受傳(chuan)統太陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)加工設備(bei)。西哇(wa)拉姆說,因為大大減少了(le)(le)線鋸及相關設備(bei)的(de)(de)使(shi)(shi)用,而且制作更(geng)薄的(de)(de)晶圓(yuan),所(suo)以,雙溪公司所(suo)需的(de)(de)硅量減少了(le)(le)90%,也大大降低了(le)(le)資本費用。他說,這項技術可以添加到現有(you)的(de)(de)生產(chan)(chan)線上。這家公司的(de)(de)主(zhu)要(yao)計(ji)(ji)劃(hua)是出售生產(chan)(chan)設備(bei),而不是生產(chan)(chan)太陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)。“我預(yu)計(ji)(ji),到明年這個時候(hou),我們(men)會有(you)六到十二個這樣的(de)(de)工具(ju)實地使(shi)(shi)用,”他說。
加快太陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian):雙溪(xi)公司的海曝離3(Hyperion 3)是離子(zi)加速(su)器,用氫離子(zi)轟(hong)擊硅板,產生(sheng)非常(chang)薄的太陽(yang)能(neng)硅片,用于太陽(yang)能(neng)電(dian)池。硅板排列在所(suo)說結(jie)構(gou)(gou)的外(wai)圍(wei),離子(zi)撞擊晶(jing)圓(yuan)時,這些結(jie)構(gou)(gou)會旋(xuan)轉(zhuan)。
這個工(gong)藝始于真空室,其中(zhong)(zhong),高能(neng)氫離子(zi)束轟擊(ji)3毫米(mi)厚的(de)(de)晶體硅(gui)(gui)盤。離子(zi)積(ji)累的(de)(de)精(jing)確深度是(shi)20微米(mi),這是(shi)由光束電壓控(kong)制(zhi)(zhi)的(de)(de)。一(yi)旦積(ji)累了足夠(gou)的(de)(de)離子(zi),機(ji)械(xie)臂就(jiu)會(hui)(hui)快速移去晶圓(yuan),然(ran)后(hou)放在爐子(zi)里,這樣,硅(gui)(gui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)離子(zi)就(jiu)會(hui)(hui)形(xing)成微觀氫氣氣泡,這些氣泡會(hui)(hui)擴(kuo)大,在硅(gui)(gui)晶片中(zhong)(zhong)形(xing)成微小(xiao)裂縫,這就(jiu)會(hui)(hui)使20微米(mi)厚的(de)(de)硅(gui)(gui)層(ceng)剝落下來。公(gong)(gong)司(si)把金(jin)屬襯板用(yong)于這樣的(de)(de)薄(bo)層(ceng)硅(gui)(gui)上。公(gong)(gong)司(si)使用(yong)的(de)(de)這一(yi)專用(yong)工(gong)藝使它(ta)不同(tong)于另一(yi)家公(gong)(gong)司(si),就(jiu)是(shi)阿斯特(te)羅(luo)瓦特(te)公(gong)(gong)司(si)(Astrowatt),這家公(gong)(gong)司(si)制(zhi)(zhi)作的(de)(de)晶圓(yuan)同(tong)樣薄(bo)。但是(shi),阿斯特(te)羅(luo)瓦特(te)公(gong)(gong)司(si)的(de)(de)晶圓(yuan)只能(neng)略(lve)為彎曲(qu),這就(jiu)難以適(shi)用(yong)傳統的(de)(de)生產設備。
雙溪公司的(de)晶(jing)圓可兼容(rong)傳統的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)池生產設備,而且(qie),也(ye)兼容(rong)現在使(shi)用(yong)的(de)一些(xie)工藝(yi),可制作先(xian)進的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)池設計(ji),如(ru)異質結構電(dian)池(heterojunction cells)。 西哇拉姆說,這(zhe)種氫離子工藝(yi)可以采用(yong)硅以外的(de)單晶(jing)材料,包括砷化鎵(gallium arsenide),這(zhe)種半導體生產的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)池,效率打破(po)世界紀錄。
使(shi)用(yong)離(li)子束制(zhi)(zhi)作晶硅(gui)薄晶圓,以前也考慮(lv)過(guo)(guo),但過(guo)(guo)于昂貴,難以成(cheng)為一種(zhong)實用(yong)的(de)制(zhi)(zhi)造方法。它需要(yao)(yao)粒子加(jia)速器(qi)(qi),產生的(de)離(li)子束要(yao)(yao)有(you)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)電(dian)流和非(fei)常(chang)高(gao)的(de)能(neng)量(liang),“這(zhe)樣的(de)東西(xi)過(guo)(guo)去(qu)是不存在的(de),”西(xi)哇拉姆說。他說,為了使(shi)這(zhe)項技術(shu)可(ke)行,雙(shuang)溪公司(si)開發(fa)出一種(zhong)離(li)子加(jia)速器(qi)(qi),比(bi)市面上的(de)任何(he)加(jia)速器(qi)(qi)都要(yao)(yao)“強10倍”。
雖然(ran)公司強調,這項(xiang)技術(shu)兼容現有(you)的(de)生產線(xian),但是(shi)(shi),它(ta)確實要(yao)(yao)求,至少(shao)要(yao)(yao)有(you)一(yi)項(xiang)改變。通常情況下,晶(jing)圓經處理,會形(xing)成粗(cu)糙的(de)表面紋理,這有(you)助(zhu)于(yu)它(ta)們(men)吸(xi)收光線(xian),而不是(shi)(shi)反射光線(xian)。這種(zhong)紋理是(shi)(shi)由(you)金字塔組成,高度相當于(yu)雙溪(xi)公司晶(jing)圓的(de)厚度,所以,與新晶(jing)片(pian)一(yi)起使用是(shi)(shi)不切實際(ji)的(de)。