國家再生能源實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家基思•埃默里（Keith Emery）在檢驗(yàn)賽普留斯公司（Semprius）的太陽能模塊，采用的是實(shí)驗(yàn)室的室外測試設(shè)施。國家再生能源實(shí)驗(yàn)室協(xié)助賽普留斯公司，表征和測試它的微型太陽能電池，這種電池直徑只有圓珠筆尖點(diǎn)下的一個(gè)點(diǎn)那么大。
來源：國家再生能源實(shí)驗(yàn)室
 

太陽能電池能有多小，而且仍然可以供電？六百微米寬怎么樣？這樣，它的直徑就相當(dāng)于圓珠筆尖點(diǎn)下的一個(gè)點(diǎn)。

美國能源部國家再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory）最近確認(rèn)，取得了超過41％的效率，他們聚集1000倍太陽光，作用于微型電池，這種電池是賽普留斯公司制作的，這是這種倍率的一個(gè)最高效率紀(jì)錄。太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，是指電池把陽光轉(zhuǎn)換成電能的百分比。

能源部的種子基金，連同國家再生能源實(shí)驗(yàn)室升夏孵化器項(xiàng)目（SunShot Incubator Program）的專家們，提升了賽普留斯公司，使這家小型電子新創(chuàng)公司，依靠它的新創(chuàng)意，在太陽能電池世界產(chǎn)生巨大影響。

賽普留斯公司的三結(jié)電池是用砷化鎵（gallium arsenide）制成。低成本鏡頭把太陽光線聚焦到微型電池上，達(dá)1100倍。它們微小的尺寸意味著，它們只占整個(gè)太陽能電池組件面積的千分之一，這就降低了模塊的成本。此外，使用大量小型電池，有助于分散不必要的熱量，分散到整個(gè)電池結(jié)構(gòu)中，這樣，就不需要昂貴的熱管理硬件，如散熱片。

賽普留斯公司工程師使用公司的專利技術(shù)，就是微轉(zhuǎn)移印花工藝（micro-transfer printing process），使微型電池從生長基質(zhì)轉(zhuǎn)移到晶圓上。采用大規(guī)模并行工藝，成千上萬的電池可以同時(shí)轉(zhuǎn)移。這就使原來的基板可以反復(fù)使用，大大降低了成本。它也提供了一種方法，可以處理非常小的電池。

這種低成本方法，賽普留斯公司高管說，使制造成本減少了50％，這就引起能源巨頭西門子的青睞，西門子今年買下賽普留斯公司16％的股份，這屬于2000萬美元的風(fēng)險(xiǎn)資本投資。

升夏孵化器項(xiàng)目激勵(lì)私人投資

2007年以來，美國能源部投資5000萬美元，使35家太陽能新創(chuàng)公司參與光伏孵化器項(xiàng)目，就是現(xiàn)在的升夏孵化器，是屬于國家再生能源實(shí)驗(yàn)室?，F(xiàn)在，這些公司的私人投資總額超過13億美元，達(dá)25倍。

美國能源部和國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，選擇賽普留斯公司作為他們的一家光伏孵化器公司，那是在2010年。孵化器公司獲得100萬到300萬美元，開發(fā)他們的概念，制成實(shí)際工作原型，或進(jìn)入試點(diǎn)項(xiàng)目。而且他們也利用國家再生能源實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家的專業(yè)知識，協(xié)助他們克服障礙，測試可靠性和有效性。

轉(zhuǎn)移印花技術(shù)發(fā)展，創(chuàng)新太陽能電池應(yīng)用

但是，賽普留斯公司的背景故事，開始于美國伊利諾斯大學(xué)（University of Illinois），約翰•羅杰斯（John Rogers）教授和他的小組開發(fā)轉(zhuǎn)移印刷工藝，最初是打算用于柔性電子產(chǎn)品。

不久，羅杰斯意識到，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，可以進(jìn)行聚光光伏（CPV）設(shè)計(jì)，而且會更有利可圖。

賽普留斯公司培育臨時(shí)層，是在原砷化鎵基板上進(jìn)行，然后，在這一層上，培育多結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)。然后，晶圓經(jīng)加工后，使用轉(zhuǎn)移印花工藝，從砷化鎵基板中上取下電池，把它們轉(zhuǎn)移到內(nèi)插晶圓上。

國家再生能源實(shí)驗(yàn)室最先進(jìn)的測試和表征儀器，在檢測太陽能電池的質(zhì)量和效率，比如賽普留斯公司制作的這個(gè)模塊。來源：國家再生能源實(shí)驗(yàn)室

 “我們使用的方法，完全不同于一直沿用的那些，”堪傳•高薩爾（Kanchan Ghosal）說，他是聚光光伏應(yīng)用工程經(jīng)理和首席研究員，獲得賽普留斯公司光伏孵化器獎(jiǎng)（PV Incubator Award）。“這種方法使用微型電池和轉(zhuǎn)移印刷，顯著減少使用的材料，采用高度聚光的光伏組件。它提供了一種高度并行的方法，制造這種模塊，依靠的是成熟的微電子工藝和設(shè)備。”

聚光光伏需求，預(yù)計(jì)每年增加一倍

今年，賽普留斯公司破土動工，在北卡羅來納州（North Carolina）亨德森（Henderson）建立一所制造廠。北卡羅萊納州和地方機(jī)構(gòu)投資790萬美元，用于這所5萬平方英尺的工廠，全面建成后，預(yù)計(jì)會雇用256人。

北卡羅萊納州州長貝福•普爾杜（Bev Perdue）指出，他們州“投資教育和職業(yè)培訓(xùn)”，所以，這家公司就選擇那里的位置。這所工廠預(yù)計(jì)明年開始運(yùn)營，初始容量為5兆瓦，最終會發(fā)展為35兆瓦。

現(xiàn)有的高度聚光光伏市場，有望每年增加一倍或更多，在未來9年都是這樣，到2020年，會達(dá)到10萬千瓦以上的電力，賽普留斯公司首席執(zhí)行官焦伊•卡爾（Joe Carr）說。

與能源部和國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室合作，富有成效。

賽普留斯公司最初考慮使用這種微轉(zhuǎn)移印花技術(shù)制作太陽能電池，是在2007年，當(dāng)時(shí)給予支持的“下一代”基金，來自美國能源部能源效率和可再生能源辦公室（Office of Energy Efficiency and Renewable Energy）。

2010年，賽普留斯公司獲得了四個(gè)地點(diǎn)中的一處，就屬于現(xiàn)在的升夏孵化器，孵化器資金來自能源部，是從國家再生能源實(shí)驗(yàn)室分離出來。

這種太陽能電池模塊是賽普留斯公司制作的，正在進(jìn)行測試，采用的是國家再生能源實(shí)驗(yàn)室的室外測試設(shè)施。來源：國家再生能源實(shí)驗(yàn)室

高薩爾笑了，他還記得那瘋狂的時(shí)刻，那是完成光伏孵化器應(yīng)用的時(shí)候。

“那時(shí)，我們勉強(qiáng)符合標(biāo)準(zhǔn)，”高薩爾說。“規(guī)定說，必須有一個(gè)現(xiàn)成的模塊，才有資格，但我們只有一些小方塊，幾個(gè)電池，還不是真正的模塊。”

因此，賽普留斯公司的工程師們“緊鑼密鼓地工作，夜以繼日，制成我們的第一個(gè)模塊。”

“在截止日期前兩天，我們就得到了良好的結(jié)果，采用的就是第一個(gè)模塊，”高薩爾說。“我們申請孵化器資金，就是采用這個(gè)模塊的結(jié)果和一個(gè)升級計(jì)劃。”

高薩爾問公司工程師，是否能滿足硬性期限和宏偉目標(biāo)，這都是國家再生能源實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的， “我當(dāng)時(shí)有不少憂慮。”他回憶說，“國家再生能源實(shí)驗(yàn)室要求的很多可交付成果，之前都沒有完成。”

但最后都完成了，而賽普留斯公司成為最新的孵化器公司，結(jié)果超過了預(yù)期，通過了國家再生能源實(shí)驗(yàn)室合同的嚴(yán)格規(guī)定。

“看起來像是要求過高，但我們都達(dá)到了目標(biāo)，”高薩爾說。

從明年開始，這種模塊將在北卡羅萊納州工廠生產(chǎn)，這種模塊是24英寸乘18英寸，約兩個(gè)半英寸深，聚光倍數(shù)超過1100倍太陽光，效率超過31％。這些模塊具有成本競爭力，可媲美化石燃料技術(shù)，因?yàn)槭谴罅可a(chǎn)。