美国研发新技术　实现能源转换效率42.8%之太阳电池

       一个由美国大学和业界组成的联盟最近宣布，已研发了全球能源转换效率最高、达42.8%的太阳能电池，而一般传统太阳能电池的能源转换效率仅15%。上述联盟成员包括发明该太阳电池技术的Delaware州大学(University of Delaware)，以及准备将该技术商业化的业者E.I. du Pont de Nemours and Company (DuPont)。
这个分为三个阶段、总研究经费1亿美元的研发计划，是由美国国防部高等研究计划局(Darpa)所赞助的「超高效率太阳能电池(Very High Efficiency Solar Cell，VHESC)专案」。该联盟为期三年的最终目标，是达成以目前传统太阳能电池每平方公尺1,000美元的成本，实现50%的能源转换效率。
    Delaware州大学电子工程系教授兼VHESC项目联合首席研究员Christiana Honsberg表示：「我们非常有信心能达成Darpa为VHESC项目所设立的目标──毕竟我们仅在第一阶段的18个月里就实现了42.8%的能源转换效率。」
    该研究项目刚结束的第一个阶段仅花费了Darpa所赞助之1亿美元总经费中的1,300万美元。接下来的两个研究阶段各需18个月，重点会对现有的技术成果进行最佳化，并进一步将能源转换效率再提高7.2%、达到50%的目标，同时也降低设计成本。
    该联盟对于将成本降低到每平方公尺1000美元深具信心，不过也表示要实现50%转换效率的目标，光靠将结构从5层扩展到6层以及最佳化设计还不足够。目前只有军事和航天域才负担得起砷化镓太阳能电池，而要降低采用镓、铟、氮化物和多晶硅等材料的太阳能电池成本，成为一大难题。
    Honsberg表示：「我们有来自不同领域的专家，现在的挑战是结合他们的不同专长，共同设计出一个具成本效益的方案。」
该联盟所研发的创新技术采用了多个由混合式封装覆盖的晶粒(dice)，并有光波导(optical waveguides)将太阳光分解到其分量波长(component wavelengths)，每个波段聚焦到一个适合这一波长的太阳能电池芯片中。之所以需要多个晶粒，是因为该技术结合了多种不兼容的半导体，包括单晶硅、砷化镓、砷化镓铟和氮化镓铟等。
    VHESC项目首席研究员、电子工程教授Allen Barnett表示：「如今我们已经有了多个不同的层，采用不同的半导体材料，而最终的设计需要添加一个第六层，才可以达到50%能源转换效率的目标。」
DuPont将成为该技术的主要推广商，尽管它还需要依靠Delaware州大学提供协助，来设计现有方案的低成本版，并将于2010年开始商业化生产。Honsberg表示：「我们必须完成所有的设计工作，实现技术的最佳化，并开发出一个具有商业化可行性的可制造方案。」
    目前的方案是将频谱分开，然后透过镜子将光集中，当光到达各个太阳能电池时，会比普通的太阳光强200倍以上。但这一方案需要昂贵的太阳光追踪(sun-tracking)设备来使电池一直对准太阳的方向。而在商业化方案中则需要重新设计此一集中设备，将光强度降低到普通光的20倍以下，好让不必追踪太阳方向的传统太阳能光电板也可以被生产。
    Darpa表示，该机构赞助此一计划的目标，是为了替今日得背负近100磅重量之装备的士兵，减轻约20磅的电池重量。未来士兵们将携带VHESC项目所研发的太阳能电池组，在白天时为无线电、GPS装置、夜视镜和其它设备充电。这些太阳能电池组将比现有的太阳能电池小30倍，士兵可以将之安装在随身背包的顶端以便在行动时充电，或者固定安装在军事设施的屋顶上。
    此一研究项目的其它商业成员还包括BP Solar、Blue Square Energy、Energy Focus和Emcore and SAIC等公司；研究成员则有Delaware州大学、美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)、乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)、普渡大学(Purdue University)、罗彻斯特大学(University of Rochester)、麻省理工学院(MIT)、加州大学Santa Barbara分校、光学研究协会(Optical Research Associates)和澳洲国立大学。