鋁箔板上印刷廉價太陽能電池板技術亮相

在鋁箔板上印刷廉價太陽能電池板的技術近日亮相，這將成為太陽能產業中的一個里程碑。

納諾太陽能技術的關鍵是銅，銦，鎵和硒化物夾層，這種夾層板的厚度僅相當于現在太陽能光電市場使用的硅板的百分之一。該技術的巨大潛力打動了谷歌建立者瑟吉?布林和拉里?佩奇，從技術發展早期，二人就成為了該項目的天使投資者。

兩個聲明成就了納諾太陽能公司的首次亮相：該公司有40億美金的合同在手，他們的太陽能板每瓦特產能售價1美金。這一價格和現在世界通用的化石燃料價格相比很有競爭力。

特別是這種技術可以避免建設火電站和特種那樣巨大電站時的種種困難，在鄰近城市的地方建許多小些的太陽能電站成為人們的又一選擇。

“像我們的產品這樣的太陽能板有很高的投資回報率，配置可以從2兆瓦到20兆瓦任意選擇。如果用電量急劇上升，這樣的市政電廠可以在六個月內建成并直接向當地電網輸電，而不需要大規模的輸電電網投資?！碧柲芄镜腃EO馬丁?羅思切森在給“連線”網站的郵件中寫到。“火電和核能在投資回報率和快速投產方面都沒辦法與之匹敵?！?/p>

由于該項太陽能技術被視為一項真正意義上的“突破”，從20世紀80年代早期開始，薄膜太陽能技術就已經成為美國替代能源研究的主要關注領域。硅電池易于生產，性能可靠，效率也很高，但一些研究人員認為硅電池也有其固有的缺陷。生產硅電池比薄膜太陽能電池要用到更多的硅。而且即使它能達到40%的光電轉化率，其效率也遠低于化石能源燃料。

國家可再生能源實驗室在20世紀九十年代一直致力于薄膜太陽能的研究，但在似乎沒什么技術能在實驗室以外湊效。事實證明真正生產薄膜太陽能電池十分困難。

2005年第一太陽能公司以一種碲化鎘薄膜電池殺入太陽能市場。他們的生產成本迅速下降，他們還拿到了幾十億美金的合同。就在前兩天，他們還與中國官方簽訂了一項20億瓦特的合同。現在投資者們認為第一太陽能公司的市值比美國特種、德爾塔特種和聯邦特種三家的總和還要高。第一太陽能公司已經成為納諾太陽能公司的最大障礙和目標。

納諾太陽能公司與其他公司的最大不同之處就是他們將半導體粘結在金屬箔的技術很特別。絕大多數公司都需要在真空環境下進行各種操作，而納諾太陽能公司能直接將太陽能電池印刷在金屬箔上。

“他們與其他公司的區別在于他們發明了一種不需要真空環境生產太陽能電池板的技術。”國家可再生能源實驗室薄膜太陽能研究員米格?康特亞說?！罢f起來似乎很普通，我要指出的是這種濕化學技術能為其在固定設備投資方面節省大量資金?！?/p>

這種太陽能電池的基板鋁箔量大價廉，這就是公司在原材料和生產方面的優勢。

今年早些時候，第一太陽能公司宣稱他們開始生產價格低于1美金每瓦特的太陽能電池。納諾太陽能公司表示他們的價格可以更低。納諾還在最近的白皮書中將第一太陽能公司作為目標，并聲稱他們的“系統平衡成本”（除太陽能電池板本身以外的所有其他原料）更低。

對于一家還沒有投入商業化生產的公司這樣講似乎是在說大話，但納諾公司已有5億美金風險投資和一些前沿技術在手。除了他們已贏得的合同，他們還宣布國家可再生能源實驗室測試證實納諾的電池是效率最高的印刷太陽能電池，轉化率達到了16.4%。

即使太陽能公司間的競爭正在升溫，在不斷擴大的可再生能源市場里還是有許多市場空間。市場競爭能促進技術進步和生產成本降低，這些對于太陽能提倡者們來說都是好消息。在二十世紀九十年代早期太陽能生產主要成本降低以后，太陽能模塊的平均成本就沒再大幅降低過。

如果想第一太陽能公司和納諾太陽能公司這樣的公司持續壯大，他們會將太陽能的平均價格降低到可以與化石燃料箱競爭。第一太陽能公司今年將生產十億瓦特的太陽能電池板。納諾公司的產量相對很小。他們有可生產640兆瓦特電池板的設備，并且產量也將在目前每月1兆瓦特的基礎上逐步提高。采用滲透汽化術擴大生產可能會遇到些困難，但羅思切森很有信心。

“投產還有很多事情，除非解決所有的問題，否則想每月生產一百萬電池根本不可能。”他說，“這也是為什么我們的生產人員認為從0到1兆瓦特的過程比從1兆瓦到100兆瓦的擴產挑戰還要大。”

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領導此項研究的美國加州大學電氣工程和計算機科學教授阿里·杰威表示，與傳統硅和薄膜電池相比，納米柱技術可使研究人員使用更為廉價和低質的材料。更重要的是，該技術更適于在薄鋁箔上制作出可卷曲的太陽能電池板，從而降低了制造成本。一旦獲得成功，其生產成本將可低至單晶硅太陽能板的1/10。

這種太陽能電池是通過將統一的500納米高的硫化鎘嵌入碲化鎘薄膜中制成的，這兩種材料均是薄膜太陽能電池中經常使用的半導體。杰威及其同事在《自然·材料》上發表的報告稱，此種電池將光能轉換為電能的效率可達6%。此前，也有科學家使用了這種立柱設計思想，但其方法較為昂貴，且光電轉換效率不到2%。

在傳統太陽能電池中，硅吸收光并產生自由電子，這些電子必須在受困于材料的缺陷或雜質前到達電路。這就要求使用極為純凈、昂貴的晶體硅來制造高效光伏裝置。

納米柱就承擔了硅的職責，納米柱周圍的材料吸收光并產生電子，納米柱將其運送到電路。這種設計以兩種方式來提高效率：緊密封裝的納米柱捕捉柱間的光，幫助周圍的材料吸收更多的光；電子以非常短的距離穿越納米柱，因此沒有太多的機會受困于材料的缺陷。這意味著可以使用低質量的廉價材料。

有科學家使用不同的納米結構來制作這種太陽能電池。比如，哈佛大學化學教授查爾斯·里波爾研發了一種包含硅芯和同心硅層各異的納米線；加州大學伯克利分校的楊培東則開發出了帶有氧化鋅納米線的染料敏化太陽能電池。這些納米線太陽能電池的光電轉換效率已達到了4%。

杰威及其同事制作的納米柱電池首次使用經氧化處理的鋁箔，創建出呈周期性分布的200納米寬小孔，這些小孔作為硫化鎘晶體直立生長的模板。然后，對碲化鎘和頂端電極飾以銅和金的薄膜。它們通過一塊玻璃板和電池相連，或是將其頂端投入聚合物溶液使其彎曲。

喬治亞理工學院的材料學和工程學教授王中林評價說，將納米材料工程設計與制造柔性可彎曲高效太陽能電池的各種軟基板技術集成在一起，這是一個令人興奮的進展。美國國家可再生能源實驗室負責太陽能電池研究的物理化學家阿瑟·諾茲克則表示，這種電池要與由硅、碲化鎘和其他材料制成的柔性薄膜太陽能電池進行競爭，其賣點可能不在于其柔性，而是成本優勢。

目前，研究人員正在探索使用可提高轉換效率的材料。例如，頂端的銅—金層現在僅有50%的透明度，如果可讓所有的光都透過，其效率就可增加一倍。因此，研究人員正計劃使用像氧化銦這樣的透明導電材料。另外，利用其他半導體材料作為納米柱及其周圍材料也在研究人員的考慮之中，這樣的制作工藝能適于更廣范圍的半導體材料，其他材料組合亦可能會提高效率，更重要的一點則是可以避免鎘的毒性問題。