一個由美國大學和業(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42.8%的太陽能電池，而一般傳統(tǒng)太陽能電池的能源轉(zhuǎn)換效率僅15%。上述聯(lián)盟成員包括發(fā)明該太陽電池技術的Delaware州大學(University of Delaware)，以及準備將該技術商業(yè)化的業(yè)者E.I. du Pont de Nemours and Company (DuPont)。
這個分為三個階段、總研究經(jīng)費1億美元的研發(fā)計劃，是由美國國防部高等研究計劃局(Darpa)所贊助的「超高效率太陽能電池(Very High Efficiency Solar Cell，VHESC)專案」。該聯(lián)盟為期三年的最終目標，是達成以目前傳統(tǒng)太陽能電池每平方公尺1,000美元的成本，實現(xiàn)50%的能源轉(zhuǎn)換效率。
    Delaware州大學電子工程系教授兼VHESC項目聯(lián)合首席研究員Christiana Honsberg表示：「我們非常有信心能達成Darpa為VHESC項目所設立的目標──畢竟我們僅在第一階段的18個月里就實現(xiàn)了42.8%的能源轉(zhuǎn)換效率?！?
    該研究項目剛結(jié)束的第一個階段僅花費了Darpa所贊助之1億美元總經(jīng)費中的1,300萬美元。接下來的兩個研究階段各需18個月，重點會對現(xiàn)有的技術成果進行最佳化，并進一步將能源轉(zhuǎn)換效率再提高7.2%、達到50%的目標，同時也降低設計成本。
    該聯(lián)盟對于將成本降低到每平方公尺1000美元深具信心，不過也表示要實現(xiàn)50%轉(zhuǎn)換效率的目標，光靠將結(jié)構(gòu)從5層擴展到6層以及最佳化設計還不足夠。目前只有軍事和航天域才負擔得起砷化鎵太陽能電池，而要降低采用鎵、銦、氮化物和多晶硅等材料的太陽能電池成本，成為一大難題。
    Honsberg表示：「我們有來自不同領域的專家，現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是結(jié)合他們的不同專長，共同設計出一個具成本效益的方案。」
該聯(lián)盟所研發(fā)的創(chuàng)新技術采用了多個由混合式封裝覆蓋的晶粒(dice)，并有光波導(optical waveguides)將太陽光分解到其分量波長(component wavelengths)，每個波段聚焦到一個適合這一波長的太陽能電池芯片中。之所以需要多個晶粒，是因為該技術結(jié)合了多種不兼容的半導體，包括單晶硅、砷化鎵、砷化鎵銦和氮化鎵銦等。
    VHESC項目首席研究員、電子工程教授Allen Barnett表示：「如今我們已經(jīng)有了多個不同的層，采用不同的半導體材料，而最終的設計需要添加一個第六層，才可以達到50%能源轉(zhuǎn)換效率的目標?！?
DuPont將成為該技術的主要推廣商，盡管它還需要依靠Delaware州大學提供協(xié)助，來設計現(xiàn)有方案的低成本版，并將于2010年開始商業(yè)化生產(chǎn)。Honsberg表示：「我們必須完成所有的設計工作，實現(xiàn)技術的最佳化，并開發(fā)出一個具有商業(yè)化可行性的可制造方案。」
    目前的方案是將頻譜分開，然后透過鏡子將光集中，當光到達各個太陽能電池時，會比普通的太陽光強200倍以上。但這一方案需要昂貴的太陽光追蹤(sun-tracking)設備來使電池一直對準太陽的方向。而在商業(yè)化方案中則需要重新設計此一集中設備，將光強度降低到普通光的20倍以下，好讓不必追蹤太陽方向的傳統(tǒng)太陽能光電板也可以被生產(chǎn)。
    Darpa表示，該機構(gòu)贊助此一計劃的目標，是為了替今日得背負近100磅重量之裝備的士兵，減輕約20磅的電池重量。未來士兵們將攜帶VHESC項目所研發(fā)的太陽能電池組，在白天時為無線電、GPS裝置、夜視鏡和其它設備充電。這些太陽能電池組將比現(xiàn)有的太陽能電池小30倍，士兵可以將之安裝在隨身背包的頂端以便在行動時充電，或者固定安裝在軍事設施的屋頂上。
    此一研究項目的其它商業(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、美國國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory)、喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)、普渡大學(Purdue University)、羅徹斯特大學(University of Rochester)、麻省理工學院(MIT)、加州大學Santa Barbara分校、光學研究協(xié)會(Optical Research Associates)和澳洲國立大學。