211service.com
Mikrosolceller hanterar mer intensivt solljus
Ett nystartat företag hoppas kunna få ner kostnaden för att generera kraft med koncentrerat solljus genom att använda solceller i mikroskala som kan utnyttja dubbelt så mycket ljus som andra paneler, utan behov av dyr optik eller kylsystem. Paneler gjorda av de små cellerna, som Durham, NC-baserat företag Alltid utvecklad med hjälp av en ny mikrotryckteknik, erbjuder också betydande besparingar på materialkostnader. I slutet av januari tillkännagav företaget ett gemensamt avtal med Siemens om att utveckla demonstrationssystem baserade på dess teknologi. Semprius planerar att påbörja volymproduktion av modulerna under 2013.
Mikrocell: Solcellerna tillverkade av Semprius är 600 mikrometer på varje sida och kan kombineras med högeffektsoptik. Själva cellen (den svarta fyrkanten i mitten) är monterad ovanpå en keramisk bas med elektriska kontakter på varje sida.
Att lägga till koncentrerade linser till solpaneler ökar mängden el som de kan producera. Men solcellskoncentratorer tillför en stor kostnad för en solcellsinstallation. De optiska systemen i sig är dyra och skrymmande – ju större en cell är, desto större måste den parade linsen vara. Mer intensivt ljus innebär också att mer prestandaförsämrande värme måste avledas med hjälp av kylflänsar eller fläktar. Även om kostnaden delvis kompenseras av effektiviteten hos högkoncentrerade solceller, begränsar den den potentiella kraften hos sådana koncentratorsystem. De två stora leverantörerna av koncentrerade solcellsmoduler, Amonix och Emcore , båda säljer system baserade på celler av konventionell storlek som fungerar under 500 gånger koncentration av solljus med dyra kylsystem.
Semprius solcellsmoduler innehåller uppsättningar av kvadratiska celler som bara mäter 600 mikrometer på varje sida. Dessa celler har tre halvledande lager - som vart och ett är baserat på galliumarsenid och absorberar ett annat band av solljus - och de är gjorda med en kombination av kemisk etsning och tryckning, vilket innebär att färre råmaterial går till spillo. De kan arbeta under solljus koncentrerat 1 000 gånger med billiga optiska system. Enligt National Renewable Energy Laboratories varierar effektiviteten hos de resulterande modulerna från 25 till 35 procent och de kan ge el för cirka 10 cent per kilowattimme. Företaget förväntar sig att de slutliga kostnaderna, inklusive installation, kommer att vara $2 till $3 per watt.
Förra året gjordes en studie av forskare vid Sandia National Laboratories i Albuquerque, NM, föreslog att mikroskala solceller kan erbjuda olika kostnads- och designfördelar. Du minskar mängden halvledare du behöver, så det kan bli stora kostnadsbesparingar, säger Gregory Nielson, chefsforskare på Sandia-projektet. Och du kan göra saker med optiken som du inte kan göra med större celler.
Mindre solceller är mer effektiva på att avleda värme. När cellerna är under en millimeter avvisar de värmen så effektivt att de blir lika svala som en solpanel, utan behov av några kylsystem, säger Nielson. Detta beror på att de små cellerna har en mycket större andel av den totala ytan som ges upp till värmespridande kanter.
Solenergi koncentrat: Denna solcellslinsarray koncentrerar ljus till mikroskala solceller inuti.
Nyckeln till att tillverka Semprius celler är en tryckprocess utvecklad av forskare under ledning av John Rogers , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign.
Solceller tillverkas vanligtvis genom att bygga upp aktiva lager på ytan av en halvledarskiva och sedan såga skivan i bitar. Semprius tryckprocess börjar med att wafers behandlas på ungefär samma sätt. Men istället för att såga, använder företaget kemisk etsning för att skära ytan på en wafer till celler i mikroskala, och lämnar dem fästa på waferns yta med en liten flik. Nyckeln till etsningssteget är att lägga till ett offerlager när skivorna behandlas. Det kemiska etsmedlet äter bort just detta lager och klyver cellerna från ytan. En robot som bär en polymerstämpel rör sig sedan över skivan, plockar upp cellerna och placerar dem ovanpå en rad keramiska underlag tryckta med elektriska kontakter. Processen använder bara ett tunt lager av skivans yta, som kan skickas tillbaka till gjuteriet för att återanvändas. Varje fyra-tums wafer kan användas för att producera 36 000 celler.
Varje cell toppas sedan med en liten sfärisk kullins. Normalt finns det en enorm hot spot i mitten av cellen, men kullinsen fördelar ljuset jämnt, säger Joseph Carr, Semprius VD. Dessa linser fångar solljus från en vid vinkel. Slutligen grupperas de linstäckta cellerna i 14-tums arrayer, som är toppade med silikonlinser som riktar solljus mot de mindre kullinserna. Tillsammans koncentrerar det optiska systemet solens ljus 1 000 gånger. Dessa arrayer är staplade på en ljusspårare för att göra en 18 x 8 fots solmodul.
Semprius planerar att licensiera sin tryckteknik för att möjliggöra volymproduktion av modulerna till 2013. Företaget planerar att utveckla styrsystem för solspårning med Siemens, och att vidareutveckla sin mikrotryckteknik, som är kompatibel med en rad halvledande material, inklusive kisel .