211service.com
Micro-zonnecellen verwerken meer intens zonlicht
Een startend bedrijf hoopt de kosten van het opwekken van stroom met geconcentreerd zonlicht te verlagen door gebruik te maken van zonnecellen op microschaal die twee keer zoveel licht kunnen gebruiken als andere panelen, zonder dat er dure optica of koelsystemen nodig zijn. Panelen gemaakt van de kleine cellen, die het in Durham, NC gevestigde bedrijf Altijd ontwikkeld met behulp van een nieuwe microprinttechnologie, bieden ook aanzienlijke besparingen op materiaalkosten. Eind januari kondigde het bedrijf een gezamenlijke overeenkomst aan met Siemens om demonstratiesystemen te ontwikkelen op basis van zijn technologie. Semprius is van plan om in 2013 te beginnen met de massaproductie van de modules.
Microcel: De zonnecellen van Semprius zijn aan elke kant 600 micrometer en kunnen worden gecombineerd met high-power optica. De cel zelf (het zwarte vierkant in het midden) is gemonteerd op een keramische basis met elektrische contacten aan elke kant.
Het toevoegen van concentratielenzen aan zonnepanelen verhoogt de hoeveelheid elektriciteit die ze kunnen produceren. Maar fotovoltaïsche concentrators voegen veel kosten toe aan een zonne-installatie. De optische systemen zelf zijn duur en omvangrijk: hoe groter een cel, hoe groter de gepaarde lens moet zijn. Intenser licht betekent ook dat er meer prestatieverslechterende warmte moet worden afgevoerd met behulp van koellichamen of ventilatoren. Hoewel de kosten gedeeltelijk worden gecompenseerd door de efficiëntie van fotovoltaïsche energie met hoge concentratie, beperkt dit het potentiële vermogen van dergelijke concentratorsystemen. De twee belangrijkste leveranciers van geconcentreerde zonnepanelen, Amonix en Emcore , verkopen beide systemen op basis van cellen van conventionele grootte die werken onder 500 keer concentratie zonlicht met dure koelsystemen.
De zonnepanelen van Semprius bevatten reeksen vierkante cellen die aan elke kant slechts 600 micrometer meten. Deze cellen hebben drie halfgeleidende lagen - elk op basis van galliumarsenide en absorberen een andere band van zonlicht - en ze zijn gemaakt met een combinatie van chemisch etsen en printen, waardoor er minder grondstoffen worden verspild. Ze kunnen 1000 keer geconcentreerd werken onder zonlicht met behulp van goedkope optische systemen. Volgens de National Renewable Energy Laboratories varieert het rendement van de resulterende modules van 25 tot 35 procent en kunnen ze elektriciteit leveren voor ongeveer 10 cent per kilowattuur. Het bedrijf verwacht dat de uiteindelijke kosten, inclusief installatie, $ 2 tot $ 3 per watt zullen bedragen.
Vorig jaar, een onderzoek door onderzoekers van Sandia Nationale Laboratoria in Albuquerque, NM, suggereerde dat zonnecellen op microschaal verschillende kosten- en ontwerpvoordelen zouden kunnen bieden. Je vermindert de hoeveelheid halfgeleider die je nodig hebt, dus er kan een grote kostenbesparing zijn, zegt Gregory Nielson, hoofdwetenschapper van het Sandia-project. En je kunt dingen doen met de optica die je niet kunt doen met grotere cellen.
Kleinere zonnecellen zijn efficiënter in het afvoeren van warmte. Als de cellen minder dan een millimeter zijn, stoten ze de warmte zo efficiënt af dat ze net zo koel zijn als een zonnepaneel, zonder dat er koelsystemen nodig zijn, zegt Nielson. Dit komt omdat de kleine cellen een veel groter percentage van het totale oppervlak hebben dat wordt besteed aan warmteverspreidende randen.
Zonneconcentraat: Deze zonne-lens-array concentreert licht op microschaal zonnecellen binnenin.
De sleutel tot het maken van de cellen van Semprius is een drukproces dat is ontwikkeld door onderzoekers onder leiding van John Rogers , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.
Zonnecellen worden meestal gemaakt door actieve lagen op het oppervlak van een halfgeleiderwafel op te bouwen en de wafel vervolgens in stukken te zagen. Het drukproces van Semprius begint met de behandeling van wafels op vrijwel dezelfde manier. Maar in plaats van te zagen, gebruikt het bedrijf chemisch etsen om het oppervlak van een wafel in microschaalcellen te kerven, waardoor ze met een klein lipje aan het oppervlak van de wafel blijven zitten. De sleutel tot de etsstap is het toevoegen van een opofferingslaag wanneer de wafels worden behandeld. Het chemische etsmiddel vreet alleen deze laag weg en splijt de cellen van het oppervlak. Een robot met een polymeerstempel beweegt dan over de wafel, pakt de cellen op en plaatst ze op een reeks keramische ruggen bedrukt met elektrische contacten. Het proces gebruikt slechts een dunne laag van het oppervlak van de wafel, die kan worden teruggestuurd naar de gieterij om opnieuw te worden gebruikt. Elke vier-inch wafer kan worden gebruikt om 36.000 cellen te produceren.
Elke cel wordt vervolgens bedekt met een kleine bolvormige bollens. Normaal gesproken is er een enorme hotspot in het midden van de cel, maar de bollens verdeelt het licht gelijkmatig, zegt Joseph Carr, CEO van Semprius. Deze lenzen vangen zonlicht vanuit een groothoek op. Ten slotte zijn de cellen met een lenstop gegroepeerd in 14-inch arrays, die zijn bedekt met siliconenlenzen die zonlicht op de kleinere bollenzen richten. Samen concentreert het optische systeem het zonlicht 1000 keer. Deze arrays worden op een lichttracker gestapeld om een zonnemodule van 18 bij 8 voet te maken.
Semprius is van plan om zijn printtechnologie in licentie te geven om tegen 2013 volumeproductie van de modules mogelijk te maken. Het bedrijf is van plan om samen met Siemens zonvolgende controlesystemen te ontwikkelen, en om zijn microprinttechnologie, die compatibel is met een reeks halfgeleidende materialen, waaronder silicium, verder te ontwikkelen. .