一個(gè)由美國(guó)大學(xué)和業(yè)界組成的聯(lián)盟最近宣布，已研發(fā)了全球能源轉(zhuǎn)換效率最高、達(dá)42.8%的太陽(yáng)能電池，而一般傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的能源轉(zhuǎn)換效率僅15%。上述聯(lián)盟成員包括發(fā)明該太陽(yáng)電池技術(shù)的Delaware州大學(xué)(University of Delaware)，以及準(zhǔn)備將該技術(shù)商業(yè)化的業(yè)者E.I. du Pont de Nemours and Company (DuPont)。
這個(gè)分為三個(gè)階段、總研究經(jīng)費(fèi)1億美元的研發(fā)計(jì)劃，是由美國(guó)國(guó)防部高等研究計(jì)劃局(Darpa)所贊助的「超高效率太陽(yáng)能電池(Very High Efficiency Solar Cell，VHESC)專(zhuān)案」。該聯(lián)盟為期三年的最終目標(biāo)，是達(dá)成以目前傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池每平方公尺1,000美元的成本，實(shí)現(xiàn)50%的能源轉(zhuǎn)換效率。
    Delaware州大學(xué)電子工程系教授兼VHESC項(xiàng)目聯(lián)合首席研究員Christiana Honsberg表示：「我們非常有信心能達(dá)成Darpa為VHESC項(xiàng)目所設(shè)立的目標(biāo)──畢竟我們僅在第一階段的18個(gè)月里就實(shí)現(xiàn)了42.8%的能源轉(zhuǎn)換效率。」
    該研究項(xiàng)目剛結(jié)束的第一個(gè)階段僅花費(fèi)了Darpa所贊助之1億美元總經(jīng)費(fèi)中的1,300萬(wàn)美元。接下來(lái)的兩個(gè)研究階段各需18個(gè)月，重點(diǎn)會(huì)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)成果進(jìn)行最佳化，并進(jìn)一步將能源轉(zhuǎn)換效率再提高7.2%、達(dá)到50%的目標(biāo)，同時(shí)也降低設(shè)計(jì)成本。
    該聯(lián)盟對(duì)于將成本降低到每平方公尺1000美元深具信心，不過(guò)也表示要實(shí)現(xiàn)50%轉(zhuǎn)換效率的目標(biāo)，光靠將結(jié)構(gòu)從5層擴(kuò)展到6層以及最佳化設(shè)計(jì)還不足夠。目前只有軍事和航天域才負(fù)擔(dān)得起砷化鎵太陽(yáng)能電池，而要降低采用鎵、銦、氮化物和多晶硅等材料的太陽(yáng)能電池成本，成為一大難題。
    Honsberg表示：「我們有來(lái)自不同領(lǐng)域的專(zhuān)家，現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是結(jié)合他們的不同專(zhuān)長(zhǎng)，共同設(shè)計(jì)出一個(gè)具成本效益的方案。」
該聯(lián)盟所研發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)采用了多個(gè)由混合式封裝覆蓋的晶粒(dice)，并有光波導(dǎo)(optical waveguides)將太陽(yáng)光分解到其分量波長(zhǎng)(component wavelengths)，每個(gè)波段聚焦到一個(gè)適合這一波長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池芯片中。之所以需要多個(gè)晶粒，是因?yàn)樵摷夹g(shù)結(jié)合了多種不兼容的半導(dǎo)體，包括單晶硅、砷化鎵、砷化鎵銦和氮化鎵銦等。
    VHESC項(xiàng)目首席研究員、電子工程教授Allen Barnett表示：「如今我們已經(jīng)有了多個(gè)不同的層，采用不同的半導(dǎo)體材料，而最終的設(shè)計(jì)需要添加一個(gè)第六層，才可以達(dá)到50%能源轉(zhuǎn)換效率的目標(biāo)?！?
DuPont將成為該技術(shù)的主要推廣商，盡管它還需要依靠Delaware州大學(xué)提供協(xié)助，來(lái)設(shè)計(jì)現(xiàn)有方案的低成本版，并將于2010年開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)。Honsberg表示：「我們必須完成所有的設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的最佳化，并開(kāi)發(fā)出一個(gè)具有商業(yè)化可行性的可制造方案?！?
    目前的方案是將頻譜分開(kāi)，然后透過(guò)鏡子將光集中，當(dāng)光到達(dá)各個(gè)太陽(yáng)能電池時(shí)，會(huì)比普通的太陽(yáng)光強(qiáng)200倍以上。但這一方案需要昂貴的太陽(yáng)光追蹤(sun-tracking)設(shè)備來(lái)使電池一直對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)的方向。而在商業(yè)化方案中則需要重新設(shè)計(jì)此一集中設(shè)備，將光強(qiáng)度降低到普通光的20倍以下，好讓不必追蹤太陽(yáng)方向的傳統(tǒng)太陽(yáng)能光電板也可以被生產(chǎn)。
    Darpa表示，該機(jī)構(gòu)贊助此一計(jì)劃的目標(biāo)，是為了替今日得背負(fù)近100磅重量之裝備的士兵，減輕約20磅的電池重量。未來(lái)士兵們將攜帶VHESC項(xiàng)目所研發(fā)的太陽(yáng)能電池組，在白天時(shí)為無(wú)線電、GPS裝置、夜視鏡和其它設(shè)備充電。這些太陽(yáng)能電池組將比現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池小30倍，士兵可以將之安裝在隨身背包的頂端以便在行動(dòng)時(shí)充電，或者固定安裝在軍事設(shè)施的屋頂上。
    此一研究項(xiàng)目的其它商業(yè)成員還包括BP Solar、Blue Square Energy、Energy Focus和Emcore and SAIC等公司；研究成員則有Delaware州大學(xué)、美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室(National Renewable Energy Laboratory)、喬治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)、普渡大學(xué)(Purdue University)、羅徹斯特大學(xué)(University of Rochester)、麻省理工學(xué)院(MIT)、加州大學(xué)Santa Barbara分校、光學(xué)研究協(xié)會(huì)(Optical Research Associates)和澳洲國(guó)立大學(xué)。