玻璃上的光芒---第一太阳能(First Solar)发展史

@坐下再说 来源:雪球财经 编辑:admin 玻璃光芒第一太阳能FirstSolar 
First Solar作为全球光伏行业的龙头企业,是一个及其有趣的现象。它独辟蹊径,采用和大多数太阳能公司不同的光伏材料并且一路坚持了20多年,却以一个技术少数派的身份在行业中一枝独秀,成为过去3年唯一真正盈利的太阳能公司。本文旨在介绍其技术,产品发展的历史,从一个侧面来探寻其内在原因

 

  这一切在1981年得到了解决。华裔科学家田元生博士在柯达北美研究所提交了自己的专利(US4207119 A),首先提出通过近距离升华法(CSS)在透明导电玻璃上沉积n型硫化镉和p型碲化镉得到高质量碲化镉光伏电池。这个解决方案在器件层面如此的优雅,一举解决了碲化镉n型掺杂的困难和高质量薄膜制备的困难。并且异质结的能级排列还可以进一步提高光电转换效率。果不其然的是,和过去大家得到的3-4%的效率不同,田博士一举获得10%的转换效率。不过可惜的是,田老兄限于CSS量产的困难并没有坚持下去,若干年后回中国大陆搞起了OLED。

  然而,田博士的研究激励了更多的科学家,其中包括他的同胞,碲化镉泰山北斗级人物朱挺教授。朱教授在南佛罗里达大学教书,是科班半导体出身,很快发现了田博士方案的美中不足:硫化镉不透明而呈浅黄色,大大影响了转换效率。朱教授通过减小硫化镉厚度和优化透明电极的方法得到了16%以上的转换效率,至此,碲化镉光伏电池已经快追上传统晶硅电池的性能了。

  这一切都被Harold看在了眼里,他知道他的机会来了。向朱教授和其同事经过充分调研和学习后,他发现,传统的CSS近距离升华工艺对研发是一个很好的工具,但是并不适合量产,速度太慢质量也不好控制。在玻璃上大面积快速均匀镀膜的技术成为碲化镉薄膜太阳能电池是否能商用化的关键。而这正是Harold钻研一生的技术。

  而这时,薄膜太阳能板最关键的技术之一,TCO导电玻璃,已经在PilkingtonGlass公司开发出了成熟的产品。

  于是,这个1989年凤凰城的夏天,Harold找来了过去投资GlassTechSolar的投资人,把之前的投资资金大部分还给他们,说我要关掉这个公司,重新成立新的公司做碲化镉光伏电池。在讲完此技术的发展历程之后,Harold成功融资1千5百万,和好朋友JimNolan共同成立了SolarCell, Inc请来朱挺教授做高级技术顾问,专注于碲化镉薄膜的商用化产品开发。

  遵循自己的设想,Harold首先专注在碲化镉镀膜工艺和设备开发上。CSS的限制在于材料升华沉积的速度太慢。根据自己多年经验,他决定使用气体喷涂的方法,即在一个腔体内将碲化镉微小粉末充分混合均匀,然后通过气体(carriergas)将其搬到基板上喷涂附着。这有一点借用喷墨打印机的原理。这样的工艺听起来简单但是实现起来及其困难。耗费了大量的时间和精力,终于在90年代中期在手下天才工程师RickPowell的领导下开发成功,Harold管他的工艺叫气相传输沉积(VTD)。

  直到90年代末,SolarCell, Inc在工艺量产化和薄膜质量上已经做到世界顶尖。Harold也拿出很多自己私人的积蓄用于公司技术研发,他甚至请来了老朋友Pilkington,花巨资和PilkingtonGlass合作开发世界上最好的透明导电玻璃。然而,由于当时前端工艺和封装工艺的技术限制,公司的样品效率始终在7%左右,在实际应用中不具有成本上的吸引力。

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