Hyperion 3:推動太陽能電池生產的變革者

發佈日期: 2012 年 04 月 20 日 16:42 | 作者: | 分類: 分析評論

 

20世紀60年代以來,太陽能產業一直穩定成長。過去二十年,太陽能產業發展尤為迅速,太陽能技術的價值為世人廣泛認知,清潔電力成為時代潮流。對於日照豐富的國家而言,使用太陽能不僅具有經濟和環境意義,而且還提供了能源安全的前景。

但是,太陽能技術要真正成為一國能源結構的基礎成分,這項技術一定要廉價,而且電能轉換效率高,才能加強太陽能使用的吸引力。

太陽能電池對矽的使用

矽是第一代太陽能電池的核心成分,從某種意義上來說,對第二代太陽能電池也同樣重要。太陽能電池的發展則從晶矽電池走向了無矽甚至非晶矽太陽能電池。這一技術轉移旨在減少甚至不使用矽材料,從而降低成本。

薄膜電池就是減少甚至不使用矽材料的一種太陽能電池。繼傳統晶矽太陽能電池之後,這種二代電池包括碲化鎘(CdTe)薄膜和銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池等。

由於成本低和柔性,這些太陽能電池後勁十足。事實上,柔性使其應用更加廣泛,例如融入幕牆。這不僅使得太陽能發電成為可能,也保持了完美的建築線條,對商業或住宅建設來說一舉兩得。

然而,傳統晶矽電池仍然是太陽能產業主要元件,主要安裝在屋頂或地面太陽能電板,因此,找到削減製造成本的方法將對太陽能產業的進一步擴張大有裨益。

提高效能vs 降低製造成本

太陽能產業的發展通常包括提高電能轉換效率或者降低生產成本兩方面。就電能轉換效率而言,一代太陽能電池約為20%左右,而二代薄膜電池則是15%。通常太陽能電池組件(即用於安裝的成品)效率還要低幾個百分點。儘管對於太陽能產業而言,這個效能可以接受,為了增加對公眾的吸引力,提高太陽能電池效能的研究仍在進行。

另一方面,製造工藝和技術取決於找到節約成本的方式。不僅降低生產成本,也要減少週邊系統成本,才能讓太陽能技術更廉價,更為公眾接受。因此,Twin Creeks Technologies的節省成本方法一定能夠推動太陽能產業前進。

Hyperion 3:太陽能產業的變革者

近期多種原因導致太陽能電池市場供應過剩,衝擊了早已低迷的價格,讓全球太陽能電池廠商日子難過。大廠積極節流來抵消這一負面影響,小廠甚至被迫倒閉。

時勢造英雄。一個產業步履維艱時,通常會湧現出一些能夠真正改變現狀的技術。當前,變革來自于Twin Creeks Technologies 開發的Hyperion 3。

圖1:Hyperion 3 及其矽晶圓承載器。照片提供:Twin Creek Technologies.

 

圖2:質子注入和裂解前安放矽晶圓的承載器。(照片提供:Twin Creek Technologies。)

傳統的太陽能電池的製造方法,是將平均厚度為600微米的矽錠切割成平均厚度約為200微米的晶圓,製造成本高昂,而且材料浪費嚴重。

Twin Creeks Technologies, 開發的Hyperion 3 生產系統,可以生產平均厚度為20微米的太陽能晶圓。人的頭髮平均厚度是40微米,所以這些晶圓厚度約為頭髮的一半。

圖3:常見矽晶圓(上)、太陽能晶圓(中)和Hyperion 3 製造的晶圓(下)厚度比較。(照片提供:Twin Creek Technologies)

Hyperion 3 專利技術能將太陽能晶圓的厚度不可思議地變薄,製造出超薄太陽能晶圓,厚度僅僅是傳統晶圓厚度的十分之一,從而讓太陽能廠商的生產成本降低一半,為使用更少材料製造工業標準的太陽能電池和組件的提供了機會。

質子誘發頁狀剝離:改進生產工藝

Hyperion生產設備基於一種叫做質子誘發頁狀剝離(PIE)的現象。這一技術將高能質子(氫離子)嵌入基板來切割晶圓,除了矽還可以使用其它材料作為基板。

高能質子被高壓電源轟入矽基板深處,加熱時,能夠分離一層均勻輕薄的矽層。然後通過處理就可以切割出太陽能電池矽晶圓。

由於晶圓的超薄特性,Twin Creek technologies的這項專利技術可用一個矽基板製造出十個太陽能電池。

圖4 PIE 技術的兩段流程。第一階段,高能質子嵌入基板;第二階段,熱處理分離薄片層,然後解理。餘下的基板重複重用。(照片提供:Twin Creeks Technologies)

Hyperion 3 在太陽能電池/組件生產中的優勢

由於Hyperion  3生產的矽晶圓只有20微米厚,原材料的減少立刻可以降低生產成本,從而在矽價格的每日波動中更好保護廠商利益,因為矽是最昂貴的太陽能電池原料。另外,Hyperion 3的使用也讓鋸子和熔爐沒有用武之地,進一步削減了生產成本。

當前太陽能電池生產價格為0.8美元Wp,而有了Hyperion 3,可降到0.4美元Wp。由於市場均價約為0.97美元Wp, 高效的Hyperion 3 能夠讓廠商利潤增長而不受到生產質量或價格的影響。

通常而言,超薄矽晶太陽能電池破損率較高。但是這些太陽能電池柔性超乎想像,足以媲美二代太陽能電池。因此,太陽能電池/組件成品中所需的其他元件數量也能大量減少,如價格不菲的銀膠。

Hyperion 3一大益處是電能轉換效率提高。傳統矽晶太陽能電池的轉換率約為20%,組件轉換率約為15%。同時兼具柔性一代太陽能電池的效能和二代電池的特性,這一可能將令人興奮不已。

另外則是交叉應用。Hyperion 3 適用於矽材料,但這一工藝同樣也能用於其他任何基板。太陽能電池技術的研究已經演化到第三第四代,Hyperion 3 也可以輕鬆生產這些新世代的電池。

Hyperion 3 的未來前景

Twin Creeks Technologies 開發的Hyperion 3 為太陽能產業進入第二次快速擴張提供了相應設備。它生產的超薄太陽能電池只需做出一點必要更動(增加背觸點,然後封裝)就能夠安裝使用。由於該公司是家資產設備公司,所有的太陽能電池和組件廠家都會發現該設備有利於提高現有產能。

亞洲太陽能電池大廠眾多,在尋求降低製造成本並維持產量之際,這一優勢新技術必將讓眾廠家如昱晶能源、新日光、尚德、茂迪和台積電等感到物有所值。

憑藉降低成本和維持高效能,太陽能產業能夠進一步擴張,讓日照豐富的國家將太陽能作為能源結構的重要部分。從而減少對污染環境的有限化石燃料的依賴,加快向清潔能源經濟轉型。總而言之,Hyperion 3 可以降低生產成本,提高太陽能電池和組件效能,向人們預示著一個陽光燦爛的未來。

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