211service.com
Fokuserar ljus på silikonpärlor
Ett företag i Japan har utvecklat ett nytt sätt att tillverka solceller som sänker produktionskostnaderna med så mycket som 50 procent. De fotovoltaiska (PV) cellerna består av uppsättningar av tusentals små kiselkulor omgivna av hexagonala reflektorer.
Silikonsfärer: Att göra solceller av små sfärer av kisel (översta bilden, svart) kan minska mängden material som används till bara en femtedel. Hexagonala reflektorer (mittbilden) ser till att det mesta av ljuset träffar sfärerna. En flexibel foliebas gör att solcellerna kan formas för olika applikationer (nedre bilden).
Den viktigaste fördelen med systemet är att det minskar den totala mängden kisel som krävs, säger Mikio Murozono, VD för Clean Venture 21 (CV21), baserad i Kyoto, Japan. Vi använder en femtedel av råkiselmaterialet jämfört med traditionella PV-celler, säger han.
Detta kan göra en enorm skillnad för den totala kostnaden för att producera solceller, säger Howard Branz , huvudforskare vid Nationellt laboratorium för förnybar energi s Nationellt centrum för solceller , i Golden, CO. Omkring 20 till 30 procent av kostnaden för en solcellsmodul ligger i kostnaden för råkisel, säger han.
CV21 startade produktionen av sina celler i oktober; den första av dess 10-kilowatt-moduler börjar säljas denna månad. Även om dessa moduler initialt kommer att kosta ungefär samma som den traditionella sorten, är priset satt att sjunka med 30 procent under 2008, eftersom produktionen ökar i maj från 1 000 celler om dagen till 60 000 celler om dagen, säger Murozono. Det slutliga målet är att göra dem 50 procent billigare än befintliga celler till 2010, säger han.
Sfäriska solceller föreslogs ursprungligen av Texas Instruments för cirka 30 år sedan, säger Branz. Men samtidigt som de hade potential att minska mängden kisel som användes, tog de med sig en mängd nya problem. Deras böjda ytor kan till exempel göra att mer ljus reflekteras, vilket minskar deras effektivitet. Dessutom är det bara hälften av sfären som faktiskt utsätts för ljus. Betydande luckor tenderar också att bildas mellan sfärerna när de är arrangerade i arrayer, vilket ytterligare kan minska solcellens effektivitet.
CV21:s lösning var att placera var och en av kiselkulorna med en diameter på en millimeter i sin egen hexagonala aluminiumreflektor. Dessa fungerar som bilstrålkastare men omvänt, vilket säkerställer att allt ljus som träffar reflektorn riktas mot sfären. När detta tillvägagångssätt används, används även undersidan av sfären. Den hexagonala formen på reflektorerna gör att de kan slitsas ihop utan dödutrymme mellan dem. I praktiken är det här minikoncentratorer, säger Branz.
Själva sfärerna består av en positivt dopad (p-typ) boll av kisel. Bollens yta är behandlad för att göra den negativt dopad (n-typ), och en antireflekterande beläggning läggs också till. Dessa två yttre skikt utgör grunden för det fotovoltaiska halvledarmaterialet. Sfärerna binds sedan till en elektrod på ett flexibelt foliesubstrat via ett hål i botten av reflektorn.
Den flexibla foliebasen gör att modulerna kan formas för olika applikationer. Man skulle kunna installera dem ovanpå hybridelbilar och böjda plattor på hustak, säger Murozono.
Jag tror att tekniken fungerar, säger Branz. Men frågan är om företaget kan effektivisera solcellerna. De celler som för närvarande produceras har en effektivitet på bara cirka 10 procent, säger han. Just nu är de flesta solceller 14 till 15 procent effektiva.
Att sänka kostnaden med 30 procent hjälper inte om det behövs 30 procent fler celler för att producera samma mängd el, säger Branz.
Murozono säger att det finns sätt att göra cellerna mer effektiva – till exempel genom att förbättra kislets renhet och kvalitet. Att minska storleken på sfärerna till 0,8 millimeter bör också förbättra prestandan, samtidigt som kostnaderna minskar ytterligare genom att använda 20 procent mindre kisel. Vi kommer att förbättra effektiviteten till 13 procent inom 2008 och 15 procent till 2010, säger Murozono.
Det finns en världsomspännande brist på högkvalitativt kisel, säger Charles Cromer , en forskare vid Florida Solar Energy Center, i Cocoa, FL. Denna brist har till stor del drivits av den ökade efterfrågan på integrerade kretsar och solceller, och har bara tjänat till att pressa upp priset på kiselintensiva solceller. Så en solcell som använder mycket mindre kisel än sina konkurrenter borde ge CV21 en rejäl fördel när det gäller att sänka kostnaderna. Men bara för att de kan göra dem billigare betyder det inte att de kommer att sälja dem till halva priset till konsumenterna, säger Cromer.