设为首页收藏本站

科技论坛

 找回密码
 注册
查看: 2266|回复: 0

[信息] 从量产印刷式CIGS型太阳能电池看Nanosolar的技术突破点与销售策略

[复制链接]
发表于 2008-12-10 05:00:31 | 显示全部楼层

从量产印刷式CIGS型太阳能电池看Nanosolar的技术突破点与销售策略

从量产印刷式CIGS型太阳能电池看Nanosolar的技术突破点与销售策略 2008/2/20

  以硅基为主PN接面的太阳能技术从发现迄今已超过50年了,始终无法取代传统发电系统,主要在于其居高不下之发电成本,如今石油供给吃紧,蕴藏量变少,造成油价一桶超过100美元,其他发电原料飙涨,以1999年1月为基期截至2007年,石油与天然气涨5倍、铀涨3倍、煤涨2倍,加上持续严重之温室效应,显示能源之断层点已经到来,接下来的重新调整与均衡,将彻底改变你我的生活型态,而新型态之能源产生技术也将由此开始逐渐取代传统之发电技术。太阳电池技术之效率提升与生产技术成熟,使得发电成本由每瓦80美元降至每瓦3美元,仍是传统火力发电的10倍,如何突破这个门槛,将是大家目前努力之目标。传统的製造方法,从多晶硅到硅锭到切割成晶圆,约有60%以上的硅都在生产过程中浪费掉了,薄膜太阳电池因为厚度仅有传统硅基电池的百分之一,因此是许多厂商视为降低成本的另一选择;如今一家公司声称能像印报纸般的製备太阳电池,每瓦发电所需的成本小于1美元,甚至在未来将转化效率推到极致之后,每瓦发电成本仅需0.3美元,普及化所欠缺的临门一脚,似乎即将到来。

  Nanosolar公司的发迹

  Nanosolar位于美国圣荷西(SanJose)的伊登维尔科技园区(Edenvale Technology Park),五年前在Google创始人、eBay和美国能源部2000万美元的资助下,及众人的\"关怀与祝福\"之下成立了公司,大家不禁要问,这间公司为何会受到青睐?他们所提的技术到底可否成真,还是筹措资金的另一种手法-在金属基板上将半导体涂料利用印刷技术量产的薄膜太阳电池;如今公司已于上个月开始太阳能板的出货并且展开正式的销售,这是世界上第一个印製而成的薄膜太阳电池,也是世界上第一个最低售价的太阳能板。Nanosolar相对同样位于圣荷西的SunPower(去年股价成长247%)而言还算是小公司,它的总部包含了实验室、办公室与製造三个部门,目前仅有200名员工,今年将再增加100位,它年产能约100百万瓦,2008年持续成长至250百万瓦,2009年生产线将满载可达到430百万瓦;,明年公司将盖第二个工厂,位于德国柏林南方的鲁肯瓦德(Luckenwalde),并且创造一个一百万瓦的太阳农场(solar farm)用来提供整个区域的用电,而每一百万瓦将可产生750小时的电。

  

  图一、位于圣荷西14万平方英呎的Nanosolar总部

  Nanosolar的目标市场主要在于发电厂,一种新世代的发电方式,电厂位于郊区的开放空间,尤其以沙漠或是其他较不适合居住且阳光充足的地方,设置大规模的太阳能板,产生一个足以供给附近城镇所需的电力,除此之外,无须考虑建筑法规,设置时也不需爬到屋顶上,通常这类的产品比较不会去计较转换效率,而是希望能降低製造价格,是有别于屋顶使用的太阳能板,这种观念,在欧洲与亚洲是非常受欢迎的;而在美国加州则是没有那麽普遍,它们的目标仍放在建造一百万个太阳能发电屋顶,爲了这个广大的市场,Nanosolar除了尽量扩大其产能,更积极于提升电池之转换效率。

  

  图二、Nanosolar 的可挠式太阳电池

  捲轴式(roll to roll) CIGS太阳能电池的开发

  Nanosolar的太阳能电池的吸收层不用硅而是另一种多元的半导体複合物,不用真空沉积而是利用捲轴式(roll toroll)的方式印製,而且可以高效地连续生产,因此每瓦发电的成本不到1美元。他们所使用的半导体複合物为CIGS(Copper, Indium,Gallium, andSelenium,铜铟镓硒),这种材料长期在太阳光照射下效率不会降低;此类型电池的研究始于1977年Maine大学,因为关键原料铟以及硫化硒与缓冲层硫化铬潜在的毒害,仅有少部分的人在研发这类产品,但是材料具有高吸收係数(α>105㎝-1)之特性,因此吸收层的厚度可以更薄,拜多晶硅缺料及其他薄膜电池之效率尚无法突破12%之赐,在这两年获得大家的青睐,投入大量人力与物力,技术快速成长,实验室完成的CIGS太阳电池,光电转换效率最高可达约19﹪,就模组而言,最高亦可达约13﹪,投入的厂商有:Miasole、Globalsolar、Nanosolar、Solyndra、Showa shell、SekiyuK.K、Honda、Avancis、Würthsolar等。

  目前CIGS太阳电池的吸收层,可以利用蒸镀,溅镀或是奈米粉体来製备,不同的製程有其优劣与限制并影响电池的效率与成本。蒸镀,顾名思义就是将材料加热直到蒸发,沉积于基板,这是非常容易的作法,但是材料的利用率却是偏低,而且很难大面积化,虽然得到的膜品质很好,但是镀率过慢,目前仍不适合量产。而铟与镓为软性材料,是很难製成奈米粉体,纵使得到了,也是非常不稳定,在多元的半导体複合物中,很难准确控制其化学剂量之准确性,并且所费不赀。因此利用物理气相沉积 (Physical VaporDeposition,PVD)或称溅镀(sputtering)的真空製程为目前最常见的製程:将铜铟镓硒或是铜铟镓製成靶材透过电浆直接将材料沉积于基板上,因此靶材的纯度就变的非常重要,但往往品质越好的靶材,相对所需的成本也越高,而材料的成本又佔了整个薄膜太阳电池中一个相当高之比例,所以如何降低材料成本甚至製造成本,才可使售价降低,也唯有如此,才能吸引更多事业主或屋主愿意採用太阳能板来发电。而Nanosolar避开这些问题,直接挑战最低价的製程,于大气中利用捲对捲的製程,将铜铟镓硒奈米粉体直接喷洒于铝箔之上,製成可挠的太阳电池,其结构与传统之CIGS电池相似,但成本却降至传统电池的一半以下。

  CIGS油墨的构想可说是整个产品的灵魂,透过有机物的分散,铜铟镓硒的奈米粉体均匀的溷合在一起,藉由印刷製程,将这些粉体依正确的原子比例完整且均匀的沉积于基板上,说起来似乎很容易,但Nanosolar真的做到了,他们将这项技术变成是可以量产的,不但可重複、可大面积、具有高良率,而且此半导体薄膜的特性不输真空製程的薄膜。

  

  图三、Nanosolar的CIGS油墨

  利用印刷技术来沉积薄膜显然是目前最简单、快速且产量最大,但相对成本较低的製程技术,对于快速成长的太阳电池市场,可说是最恰当不过了,就如同大家每天在看的报纸不过是前一晚才开始印製的,设备便宜容易保养,不需要昂贵的真空设备,油墨直接沉积于基板上,都不会有任何浪费。因为使用可挠的铝箔作为基板,其导电率是不鏽钢的20倍,更是远胜过玻璃,不但可当作下电极,更可搭配高输出的捲对捲製程,并增加搬运与储存之方便性,当然捲对捲製程的设备成本也是属于较低的,同时也是适合大面积的一种製程,虽然一开始两边滚轮重量不同,转速无法快,但是达到平衡之后的稳定状态便可加快,并且使得薄膜变的较均匀,而减少了一般真空镀膜常见的边际效应。

  Nanosolar的CIGS油墨与捲对捲印刷製程将为太阳电池带来新的冲击,一种最低成本的太阳电池,一种可以快速生产的薄膜电池,他们的科学家与工程师是在开创一个新的领域,关于产品、设备与製程的专利已超过180篇,公司希望释出其中一些原创的专利,藉由交互授权加速产品的研发。

  去年12月美国着名科普杂志-科技新时代 (PopularScience)评选出了”2007年度100项最佳科技成果”,Nanosolar的电力纸(Powersheet)获得了绿色技术的特别奖。文中特别提到其获奖之理由,摘录于下”成本只有今天薄膜太阳能电池的1/10,生产速度也能达到每分钟上百米,如果能够顺利扩大量产规模,很有可能会大大改变今后的太阳能电池产业。”

  

  图四、Nanosolar的电力纸太阳电池
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

辽公网安备 21100402204006号|科技论坛 ( 辽ICP备07501385号-1   

GMT+8, 2018-8-21 06:27

Powered by tech-domain X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表