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產成本減少一半。公司在一所小工(gong)廠(chang)展示了這(zhe)項技術,這(zhe)是一所每(mei)年25兆瓦(wa)的太陽能電池工(gong)廠(chang),正在建設之中,就在密(mi)西西比(bi)州(Mississippi)的塞(sai)納陶(tao)比(bi)亞(Senatobia)。
柔性電源:雙溪公(gong)司20微(wei)米厚(hou)的金屬涂層硅片柔韌強大(da)。
西(xi)哇?西(xi)哇拉姆(Siva Sivaram)是雙溪公司首(shou)席執行官,他說(shuo),公司的(de)(de)技術(shu)既減少(shao)了(le)所需硅的(de)(de)數量,也減少(shao)了(le)生產設備的(de)(de)成(cheng)本。他聲稱,公司生產太(tai)陽能(neng)電池(chi),大約只需每瓦40美(mei)分,相比之下(xia),現在最便(bian)宜的(de)(de)太(tai)陽能(neng)電池(chi)也需要約80美(mei)分。雙溪公司已籌集到9300萬(wan)美(mei)元風險資本,再加上密西(xi)西(xi)比州(zhou)的(de)(de)貸(dai)款和(he)其他來源的(de)(de)資金,公司會用(yong)于建設它的(de)(de)太(tai)陽能(neng)工廠。
晶(jing)(jing)硅(gui)片占(zhan)太陽能電池的大(da)部(bu)分,傳(chuan)統(tong)方法制(zhi)備(bei)晶(jing)(jing)硅(gui)片,需要切割塊狀(zhuang)或柱狀(zhuang)硅(gui),形成(cheng)200微(wei)米(mi)厚的晶(jing)(jing)圓,這個(ge)工(gong)藝會把大(da)約一半的硅(gui)變成(cheng)廢棄物。業(ye)界使用200微(wei)米(mi)的晶(jing)(jing)圓,因為晶(jing)(jing)圓太薄(bo),就(jiu)很脆,往往會在(zai)生(sheng)產線(xian)上碎裂。但在(zai)理論上,它們可以達到20至30微(wei)米(mi)薄(bo),仍然會同(tong)樣有效(xiao),甚至會更有效(xiao)地(di)把太陽光轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電能。
雙溪公(gong)司的(de)(de)工藝可(ke)以制作20微米厚的(de)(de)硅片,基本上(shang)沒有(you)浪(lang)費。這(zhe)(zhe)需(xu)要使用(yong)薄層金(jin)屬,使它(ta)們足夠耐(nai)用(yong),可(ke)以承受傳統太(tai)陽能電(dian)池加工設備。西哇拉姆說(shuo)(shuo),因為(wei)大(da)(da)大(da)(da)減少了(le)線(xian)鋸及相關設備的(de)(de)使用(yong),而且制作更薄的(de)(de)晶圓,所(suo)以,雙溪公(gong)司所(suo)需(xu)的(de)(de)硅量減少了(le)90%,也大(da)(da)大(da)(da)降低(di)了(le)資本費用(yong)。他(ta)說(shuo)(shuo),這(zhe)(zhe)項技(ji)術可(ke)以添(tian)加到現有(you)的(de)(de)生(sheng)產(chan)線(xian)上(shang)。這(zhe)(zhe)家公(gong)司的(de)(de)主(zhu)要計劃是出售生(sheng)產(chan)設備,而不是生(sheng)產(chan)太(tai)陽能電(dian)池。“我預計,到明年這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)時候,我們會有(you)六到十二(er)個(ge)(ge)這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)工具實地使用(yong),”他(ta)說(shuo)(shuo)。
加快(kuai)太陽(yang)能(neng)發電:雙溪公司的海(hai)曝離(li)3(Hyperion 3)是離(li)子加速器,用(yong)氫離(li)子轟擊硅板(ban),產生非(fei)常(chang)薄的太陽(yang)能(neng)硅片,用(yong)于(yu)太陽(yang)能(neng)電池。硅板(ban)排列在所說結構的外圍,離(li)子撞擊晶圓時,這些結構會(hui)旋轉。
這(zhe)個工藝始(shi)于(yu)(yu)真(zhen)空室,其中(zhong),高能氫(qing)離子(zi)束(shu)轟擊3毫米厚(hou)的晶體(ti)硅(gui)盤。離子(zi)積累(lei)的精確深度是20微米,這(zhe)是由光束(shu)電壓控制(zhi)的。一(yi)旦積累(lei)了(le)足夠(gou)的離子(zi),機械臂就會(hui)快速移去晶圓,然后放在(zai)爐子(zi)里,這(zhe)樣,硅(gui)中(zhong)的離子(zi)就會(hui)形成微觀氫(qing)氣氣泡(pao),這(zhe)些氣泡(pao)會(hui)擴(kuo)大,在(zai)硅(gui)晶片中(zhong)形成微小裂縫(feng),這(zhe)就會(hui)使(shi)20微米厚(hou)的硅(gui)層剝落下(xia)來(lai)。公(gong)司(si)(si)把金屬襯板用(yong)于(yu)(yu)這(zhe)樣的薄層硅(gui)上(shang)。公(gong)司(si)(si)使(shi)用(yong)的這(zhe)一(yi)專用(yong)工藝使(shi)它(ta)不同于(yu)(yu)另一(yi)家公(gong)司(si)(si),就是阿斯(si)特(te)(te)羅瓦特(te)(te)公(gong)司(si)(si)(Astrowatt),這(zhe)家公(gong)司(si)(si)制(zhi)作(zuo)的晶圓同樣薄。但是,阿斯(si)特(te)(te)羅瓦特(te)(te)公(gong)司(si)(si)的晶圓只能略為彎曲,這(zhe)就難以適用(yong)傳統(tong)的生(sheng)產設備。
雙溪公司的(de)晶圓可兼容傳統的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)生(sheng)產(chan)設備(bei),而且(qie),也兼容現在使用(yong)(yong)的(de)一(yi)些工藝(yi),可制作(zuo)先進的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)設計(ji),如(ru)異質(zhi)結構電(dian)(dian)池(chi)(heterojunction cells)。 西(xi)哇拉姆(mu)說,這(zhe)種氫離子工藝(yi)可以采用(yong)(yong)硅以外(wai)的(de)單晶材料,包括(kuo)砷化鎵(gallium arsenide),這(zhe)種半導體生(sheng)產(chan)的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi),效率打破世界紀錄。
使(shi)用離(li)子(zi)束制作(zuo)晶硅薄晶圓,以(yi)前(qian)也考慮過(guo),但(dan)過(guo)于昂貴,難(nan)以(yi)成為一(yi)種實用的(de)(de)制造方法。它需要(yao)粒子(zi)加速(su)器,產生的(de)(de)離(li)子(zi)束要(yao)有非常高(gao)的(de)(de)電流和非常高(gao)的(de)(de)能(neng)量,“這(zhe)樣的(de)(de)東西過(guo)去(qu)是不存在的(de)(de),”西哇拉姆說(shuo)。他說(shuo),為了使(shi)這(zhe)項技術可行,雙溪(xi)公司(si)開(kai)發出一(yi)種離(li)子(zi)加速(su)器,比市面上的(de)(de)任何加速(su)器都(dou)要(yao)“強10倍(bei)”。
雖然公司強調,這(zhe)(zhe)項(xiang)技術兼容現有的(de)生產線,但是(shi)(shi),它確(que)實要(yao)求,至(zhi)少要(yao)有一(yi)項(xiang)改變。通常情(qing)況下,晶圓經處理(li),會形(xing)成粗(cu)糙的(de)表面紋理(li),這(zhe)(zhe)有助于它們吸收光(guang)線,而不是(shi)(shi)反射(she)光(guang)線。這(zhe)(zhe)種紋理(li)是(shi)(shi)由(you)金(jin)字塔(ta)組成,高度(du)相當(dang)于雙溪公司晶圓的(de)厚度(du),所以,與新晶片一(yi)起使用是(shi)(shi)不切實際的(de)。