Hyperion 3:推动太阳能电池生产的变革者

作者: | 发布日期: 2012 年 04 月 20 日 16:42 | 分类: 分析评论

20世纪60年代以来,太阳能产业一直稳定成长。过去二十年,太阳能产业发展尤为迅速,太阳能技术的价值为世人广泛认知,清洁电力成为时代潮流。对于日照丰富的国家而言,使用太阳能不仅具有经济和环境意义,而且还提供了能源安全的前景。

但是,太阳能技术要真正成为一国能源结构的基础成分,这项技术一定要廉价,而且电能转换效率高,才能加强太阳能使用的吸引力。

太阳能电池对矽的使用

矽是第一代太阳能电池的核心成分,从某种意义上来说,对第二代太阳能电池也同样重要。太阳能电池的发展则从晶矽电池走向了无矽甚至非晶矽太阳能电池。这一技术转移旨在减少甚至不使用矽材料,从而降低成本。

薄膜电池就是减少甚至不使用矽材料的一种太阳能电池。继传统晶矽太阳能电池之后,这种二代电池包括碲化镉(CdTe)薄膜和铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池等。

由于成本低和柔性,这些太阳能电池后劲十足。事实上,柔性使其应用更加广泛,例如融入幕墙。这不仅使得太阳能发电成为可能,也保持了完美的建筑线条,对商业或住宅建设来说一举两得。

然而,传统晶矽电池仍然是太阳能产业主要元件,主要安装在屋顶或地面太阳能电板,因此,找到削减制造成本的方法将对太阳能产业的进一步扩张大有裨益。

提高效能vs 降低制造成本

太阳能产业的发展通常包括提高电能转换效率或者降低生产成本两方面。就电能转换效率而言,一代太阳能电池约为20%左右,而二代薄膜电池则是15%。通常太阳能电池组件(即用于安装的成品)效率还要低几个百分点。尽管对于太阳能产业而言,这个效能可以接受,为了增加对公众的吸引力,提高太阳能电池效能的研究仍在进行。

另一方面,制造工艺和技术取决于找到节约成本的方式。不仅降低生产成本,也要减少周边系统成本,才能让太阳能技术更廉价,更为公众接受。因此,Twin Creeks Technologies的节省成本方法一定能够推动太阳能产业前进。

Hyperion 3:太阳能产业的变革者

近期多种原因导致太阳能电池市场供应过剩,冲击了早已低迷的价格,让全球太阳能电池厂商日子难过。大厂积极节流来抵消这一负面影响,小厂甚至被迫倒闭。

时势造英雄。一个产业步履维艰时,通常会涌现出一些能够真正改变现状的技术。当前,变革来自于Twin Creeks Technologies 开发的Hyperion 3。

图1:Hyperion 3 及其矽外延片承载器。照片提供:Twin Creek Technologies.

图2:质子注入和裂解前安放矽外延片的承载器。(照片提供:Twin Creek Technologies。)

传统的太阳能电池的制造方法,是将平均厚度为600微米的矽锭切割成平均厚度约为200微米的外延片,制造成本高昂,而且材料浪费严重。

Twin Creeks Technologies, 开发的Hyperion 3 生产系统,可以生产平均厚度为20微米的太阳能外延片。人的头发平均厚度是40微米,所以这些外延片厚度约为头发的一半。

图3:常见矽外延片(上)、太阳能外延片(中)和Hyperion 3 制造的外延片(下)厚度比较。(照片提供:Twin Creek Technologies)

Hyperion 3 专利技术能将太阳能外延片的厚度不可思议地变薄,制造出超薄太阳能外延片,厚度仅仅是传统外延片厚度的十分之一,从而让太阳能厂商的生产成本降低一半,为使用更少材料制造工业标准的太阳能电池和组件的提供了机会。

质子诱发页状剥离:改进生产工艺

Hyperion生产设备基于一种叫做质子诱发页状剥离(PIE)的现象。这一技术将高能质子(氢离子)嵌入基板来切割外延片,除了矽还可以使用其它材料作为基板。

高能质子被高压电源轰入矽基板深处,加热时,能够分离一层均匀轻薄的矽层。然后通过处理就可以切割出太阳能电池矽外延片。

由于外延片的超薄特性,Twin Creek technologies的这项专利技术可用一个矽基板制造出十个太阳能电池。

图4 PIE 技术的两段流程。第一阶段,高能质子嵌入基板;第二阶段,热处理分离薄片层,然后解理。余下的基板重复重用。(照片提供:Twin Creeks Technologies)

Hyperion 3 在太阳能电池/组件生产中的优势

由于Hyperion  3生产的矽外延片只有20微米厚,原材料的减少立刻可以降低生产成本,从而在矽价格的每日波动中更好保护厂商利益,因为矽是最昂贵的太阳能电池原料。另外,Hyperion 3的使用也让锯子和熔炉没有用武之地,进一步削减了生产成本。

当前太阳能电池生产价格为0.8美元Wp,而有了Hyperion 3,可降到0.4美元Wp。由于市场均价约为0.97美元Wp, 高效的Hyperion 3 能够让厂商利润增长而不受到生产质量或价格的影响。

通常而言,超薄矽晶太阳能电池破损率较高。但是这些太阳能电池柔性超乎想像,足以媲美二代太阳能电池。因此,太阳能电池/组件成品中所需的其他元件数量也能大量减少,如价格不菲的银胶。

Hyperion 3一大益处是电能转换效率提高。传统矽晶太阳能电池的转换率约为20%,组件转换率约为15%。同时兼具柔性一代太阳能电池的效能和二代电池的特性,这一可能将令人兴奋不已。

另外则是交叉应用。Hyperion 3 适用于矽材料,但这一工艺同样也能用于其他任何基板。太阳能电池技术的研究已经演化到第三第四代,Hyperion 3 也可以轻松生产这些新世代的电池。

Hyperion 3 的未来前景

Twin Creeks Technologies 开发的Hyperion 3 为太阳能产业进入第二次快速扩张提供了相应设备。它生产的超薄太阳能电池只需做出一点必要更动(增加背触点,然后封装)就能够安装使用。由于该公司是家资产设备公司,所有的太阳能电池和组件厂家都会发现该设备有利于提高现有产能。

亚洲太阳能电池大厂众多,在寻求降低制造成本并维持产量之际,这一优势新技术必将让众厂家如昱晶能源、新日光、尚德、茂迪和台积电等感到物有所值。

凭借降低成本和维持高效能,太阳能产业能够进一步扩张,让日照丰富的国家将太阳能作为能源结构的重要部分。从而减少对污染环境的有限化石燃料的依赖,加快向清洁能源经济转型。总而言之,Hyperion 3 可以降低生产成本,提高太阳能电池和组件效能,向人们预示著一个阳光灿烂的未来。

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