新电池可以使太阳能更好地匹配太阳光谱,价格低于每千瓦小时10美分。
有一家新创公司名为太阳能交叉公司(Solar Junction),这家公司说,它的先导制造工厂正在生产太阳能电池组,这些电池的效率超过目前市场上最好的产品。这一进展依赖于新的半导体材料,这些材料都是公司开发的,这一进展有助于制造一种类型的太阳能系统,这种系统称为聚光光伏系统,是一种更有吸引力的方式,可以用太阳发电。
聚光光伏系统只占今天太阳能总额的一小部分,只有几兆瓦的生产容量装机,相比之下,有很多千兆瓦容量的是传统太阳能电池板。它们局限于特别阳光好的地方,在那里它们与太阳热能竞争,太阳热能是今天最便宜的太阳能形态,它使用镜子,聚集阳光,目的是产生蒸汽,驱动汽轮机。这些进展是属于太阳能电池效率方面,只是最近才使聚光光伏系统更经济,在某些地区就是这样。
克雷格-斯托弗(CraigStauffer)是太阳能交叉公司创始人之一,这家公司位于加利福尼亚州圣何塞市(SanJose),他说,他公司的新电池可以使太阳能价格低于每千瓦小时10美分,形成对比的是每千瓦小时16.5美分或更多,这是典型太阳能电池板的价格。太阳能交叉公司的电池需要较少的层,少于许多其他超高效太阳能电池,而且可更好地匹配太阳光谱。
太阳能交叉公司的电池根据设计是用于光伏系统,要使用很多镜子或透镜,聚集阳光1000倍。聚集阳光可提高大部分太阳能电池的效率,但是,这些太阳能电池根据设计要采用这样的高度聚光,就是所谓的多结电池,这种电池效果特别好,因为它们包含两个或三个半导体层,用以吸收不同颜色的太阳光,而不是单一的半导体层,这种单一层用于传统太阳能电池板。
聚光太阳能发电已经受阻,因为难以找到一些半导体,以便在分离光谱时有最佳方式,但是,这种半导体也有相应的结晶结构,这就使这种电池易于制作。太阳能交叉公司的技术解决了这一问题,可用于红端光谱(infraredendofthespectrum),这部分已证明是最具挑战性的,对多结电池的开发而言就是这样。在传统的多结电池中,有些半导体材料根据设计是用于这部分光谱,但要么是吸收的光都是太远的红外线,要么是不兼容其他半导体,因此,电池就需要昂贵的缓冲层。
斯托弗说,他公司的新材料都没有这些问题。他没有透露具体这些材料是用什么制成,但他说,其晶体结构可兼容其他半导体材料,用于多结电池,并且可以进行改进,以吸收不同波长,从而提高效率。这家公司称它们是可调式光谱晶格匹配材料(Adjustable Spectrum Lattice Matchedmaterials)。
这种新电池使用了一种新材料,可以转换41%的太阳光能量,转化为电能,相对比的38%至39%是市场上的其他多结电池。(世界纪录的效率比这高,但研究人员已经取得这样的水平,采用的是一次性电池,是在实验室制成的,不是生产线上生产。)跳上两个百分点就可大大改变太阳能系统的价格,尤其是聚光光伏系统,只有约20%的成本是属于电池。提高电池输出功率,就会从数量上减少透镜、金属框架、跟踪系统和其他元件,这些占80%的成本。
斯托弗说,该公司也制成了两种新的半导体,可用于未来的电池,这样就可以使效率高达50%。因为这些材料都很容易生长,就在彼此顶部生长,因此,这种五层设备的制备只需要同样的成本,就像三层设备一样。他预计,该公司能生产这种电池,时间是在五年之内。
“我不会感到惊讶,如果它们达到50%,但问题是什么时候,它们将花费多少钱,”杰里-奥尔森(Jerry Olson)说,他是科罗拉多州戈尔登(Golden)国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)的首席科学家。他说,这一计划将需要更长的时间,可能会超过公司的设想,因为这种太阳能电池是复杂的。
即使不到每千瓦小时10美分,聚光光伏系统发电价格仍远为昂贵,超过化石燃料,化石燃料成本往往不到每千瓦小时六美分,并具有相当的优势,就是可以昼夜运行。奥尔森说,虽然聚光光伏系统还比较少见,但它们有可能成为最便宜的一种太阳能光伏电池,因为高度聚集阳光,会在用量上减少所需土地和昂贵的半导体材料。