CIGS的作法-油墨圖佈連續式製程
雖然我不大同意CIGS具有取代Si Solar cell的能力,且看看無妨.
2008年10月1日 星期三
2008年8月24日 星期日
新能源的明天有多美?
財匯資訊提供，摘自：證券時報2008 / 08 / 23 星期六 11:42
廉價石油的時代已一去不復返。
與上世紀70年代不同，新能源成本正隨著行業規模和技術進步而迅速降低。成本下去了，則再多的產品也不愁賣。基於這一點，再看看未來新能源的成長空間、新能源日益顯現的成本優勢，沒有理由不看好整個新能源產業。
而如何通過產業政策引導新能源行業朝積極健康的方向發展，是現階段面臨的重要問題。
從15世紀煤炭取代木柴，到20世紀石油取代煤炭，自工業革命以來，能源一直是社會經濟發展的原動力，每一次能源格局的演變都最終帶來了生產力的巨大進步和工業的革命。過去一個世紀，受益於化石能源的大規模使用，人類社會創造了盛況空前的文明。事實上，社會文明度、複雜度越高，維繫這樣的社會所需的能源使用量越多。
然而，化石能源不可再生，終將面臨消耗殆盡的窘境。在社會需求的拉動下，石油價格多次沖高。過去150年，石油價格此前曾有兩次接近或超過100美元/桶的高價。一次是石油剛剛大規模使用之初，其開採量有限，而用途範圍迅速擴大導致價格高漲；另一次是20世紀70年代，因中東戰爭和兩伊戰爭先後進行，推動國際油價達到34美元/桶的高價並維持半年，折合為現在的油價約為80美元/桶。最近一輪油價的上漲，從2003年的平均30美元/桶上漲到2008年7月超過140美元/桶。
上世紀70年代發生的石油危機，刺激起一輪包括太陽能和風能在內的新能源熱潮。幾十年過去，今天，人類又面臨了全新的、更嚴峻的能源危機，這個時候的新能源，處在怎樣的時勢和機遇中呢？
牛市在望
要瞭解新能源的未來，得先來看看傳統能源的今天。
目前的數據是，煤炭、石油、天然氣的全球儲量分別還夠使用的時間約41年、63年和147年。有個婦孺皆知的事實是，化石能源使用過程中會有大量污染物排放，給全世界帶來了以溫室效應為代表的巨大環境危機。
在能源和環境的巨大挑戰面前，世界各國就此達成了一個共識：目前的能源格局是不可持續的。在傳統能源不斷消減的情況下，我們認為，新能源行業牛市在望。
首先來看看全世界不同國家的新能源戰略。2007年初，歐盟提出新的可再生能源發展目標，到2020年，可再生能源消費要佔到全部能源消費的20%，可再生能源發電量佔到全部發電量的30%。
美國的加利福尼亞，2017年20%的電力將來自可再生能源(2002年已經達到12%)。日本的目標是，2010年光伏發電要達到483萬千瓦(2003年為88.7萬千瓦)。
拉丁美洲，2010年整個能源的10%要來自可再生能源；另外，澳大利亞、印度、巴西、中國等國也制定了明確的新能源發展目標。
不難看出，新能源行業是所有國家的所有行業中優先戰略性佈局的。近5年，全球太陽能發電業的增速、產量和規模都極具吸引力。太陽能發電業保持35%以上增速，預計未來10年仍能維持25-30%增速。2007全球太陽能電池產量約3000MW，我國產量約1000MW；預計到2010年，全球每年新增量將達8000MW，累計裝機可達28000MW。我國太陽能發電，預計大規模市場將於2011年左右打開。風電方面，2007年我國風電新增裝機296.17萬千瓦，累計達到556.17萬千瓦，分別同比增長121%、114%，增速第一，預計2008年底累計裝機將達1000萬千瓦，到2010年裝機容量可達約2000萬千瓦。截至2007年7月，全世界共有分佈在30個國家內的共435座商業運營的核電站，總裝機容量為3.7億千瓦，發電量約佔全世界總發電量的16%。我國目前共有11座反應堆共906.8萬千瓦的核電裝機容量，規劃到2020年，核電運行裝機容量將達到4000萬千瓦，在建容量1800萬千瓦，核電年發電量達到2600-2800億千瓦時。
當下油價已由最高約147美元下探到最近約113美元，新能源的發展步伐，是否會重新因油價回落而停止不前呢？
大量歷史經驗證明，推動油價上漲的中短期因素，是美元貶值和資本投機。額外需求的增長、開採成本的提升、國際政治集團利益博弈等，則是無法消除的中長期因素。
可以預期的是，廉價石油的時代已一去不復返。這決定了世界各國對於新能源將是長期扶持培養的態度。決定新能源行業能否壯大的更基本因素，即為新能源相對於傳統能源是否具有經濟上的可比性，即成本優勢。與上世紀70年代不同，新能源成本正隨著行業規模和技術進步而迅速降低。
從行業平均來看，核電是目前成本最低的新能源，風電其次，太陽能成本最高。
太陽能行業，大致上行業規模每增加一倍，則成本下降20%。1976年，太陽能電池高達100美元/瓦，而目前太陽能電池組件價格約3美元/瓦，度電成本約0.4美元。歐洲每千瓦時風電成本從1982年的13歐分，下降為去年4歐分左右，25年間風電成本下降約2.25倍。目前，我國風電成本約0.5元/度電。核電目前的成本約0.3元/度電，預計5年以後核電成本可降低至約0.25元/度電。
因各地能源成本不同，比如大型煤炭基地坑口附近，煤炭成本低至200元/噸，則發電成本約0.15元/度電。而廣東部分煤價高達1000元/噸，發電成本高達0.4元/度電。這樣，新能源成本更具比較優勢。
以廣東地區為例，最新數據是，發電企業上網電價全國平均0.39元/度，廣東地區燃煤標桿電價0.4792元/度。如果風力發電，全國平均成本僅0.5元/度，廣東地區風電價為0.689元/度。核電成本，取秦山二期上網電價0.414元/度，而具完全自主知識產權的高溫氣冷堆核電上網成本可降至0.3元/千瓦時。光伏發電，綜合考慮，發電成本約2.2元/度。
動態地看，若煤炭價格保持平均每年10%的漲幅，3年後廣東地區火電成本要漲到0.59元；而光伏發電3-5年後將降50%到1.1元/度電。目前廣東商業用電高峰價約1.0元/度，3年後將超過1.1元/度，這樣，3年後，核電就相對最具成本優勢。
「成本下去了，再多的產品也不愁賣」。基於這一點，再看看未來新能源的成長空間、新能源日益顯現的成本優勢，沒有理由不看好整個新能源產業。
行業格局
目前新能源行業發展已經形成了幾大主要子行業，在子行業中又主要集中在幾大主要產品和焦點問題中。
首先關注太陽能電池行業。該電池業主要分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池。其中，晶體硅太陽能電池分為單晶硅電池和多晶硅電池，它們都採用高純度硅材料，99.9999%純度以上。薄膜太陽能電池主要包括非晶硅薄膜電池、CIS電池、CdTe(碲化鎘)電池。
其中，晶體硅太陽能電池轉化效率為15-20%，佔據太陽能電池市場超過90%的份額。進入壁壘最高的環節為太陽能級高純多晶硅(6N)原料生產，因其製造過程資金密集、技術密集、高耗能、回收週期長，之前一直被國際上幾大廠家壟斷。越往行業下游，技術壁壘越低。
其次是風電行業。目前，風機市場規模迅速增長，呈供不應求局面。風機製造商間技術和規模之爭更激烈。國內風電機組製造商約40家，大致分四類。產業化落實較好，已具備大批量生產能力的風電機組製造企業，如金風科技、大連華銳等企業；已試製出樣機或已具備小批量生產能力的企業，如保定惠德風電、上海電氣風電等；正開展樣機試制或整機設計，產業化有待進一步落實的，如重慶海裝、瑞能北方等19家。第四，已有成熟設計製造技術，正在國內建造總裝或部件企業的國外獨資企業，如GE(瀋陽)有限公司、Game－sa風電(天津)有限公司等。
國內龍頭金風科技的市場份額從2006年的33.4%下降為2007年的25.1%，而風機新銳大連華銳的市場份額迅速增長，從2006年的5.6%增加到2007年的20.6%，成為2007年國內風機市場最大的贏家，這兩個數據充分體現了當下風電機組製造商的競爭之勢。
核電行業方面，我國目前可生產具有自主知識產權的30萬千瓦級壓水堆核電機組成套設備，國產化率超過80%。目前核電設備製造力量相對集中的企業不少，如上海電氣、東方電氣、哈電集團為代表的核電設備製造企業，已初步形成核島、常規島、核電專用材料、泵閥等輔助設備、控制系統和儀表設備等的產業鏈體系。市場份額方面，核電常規島設備的市場競爭分為三大聯合體：哈電和GE結成投標聯合體、東方電氣和阿爾斯通結成投標聯合體、上海電氣和西門子組成投標聯合體。核島部分，第三代核電自主化的主要依托項目「三門」一號機組及「海陽」一號機組的反應堆壓力容器和蒸汽發生器，是由西屋公司提供的，但我國首台自主品牌的核島設備競爭格局尚不明確。
多晶硅非晶硅誰強
大家都關注一個問題：過去一段時間，多晶硅行業保持暴利，這種暴利還有多久呢？
多晶硅價格從2003年以來步入上升通道，已從最初的30美元/公斤漲至430美元/公斤。價格大漲，源於多晶硅行業壁壘極高。暴利吸引了眾多參與者，但多晶硅價格終將返璞歸真。多晶硅暴利或將延續到2010年，價格則從2009年中旬可望步入下降通道。
因多晶硅價格暴漲，傳統七大廠和國際國內諸多新進入者正積極擴充產能。我國目前湧現大量多晶硅在建擬建產能，據最新數據，目前國內規劃的產能高達8.8萬噸，目前在建產能約4.4萬噸，預計我國2008年至2010年的多晶硅產量約4000噸、10000噸、30000噸。
目前多晶硅行業一個顯著的特點，就是新建的千噸級項目投產時間大為縮短。這意味著今後一旦多晶硅供不應求，行業產能將能很快跟上，多晶硅的週期長度將迅速縮短。到2010年以後，多晶硅的供給開始大於需求。供應增大，則需求的缺口會從2009年開始縮小，這是我們預計2009年初多晶硅價格將步入下行通道的依據。
而在太陽能電池子行業中，非晶硅薄膜太陽能電池是目前發展速度最快的。因它是將非晶態硅沉積在導電玻璃上製作而成，其轉化效率約5-8%，成本低廉。2007年行業增速約120%，預計未來3年內年均增速將高達100%。
業內之前曾對非晶硅薄膜太陽能電池持有疑慮，主要在於其電池轉化效率較低(5-9%)，而且衰減特別快，使用壽命只有2-3年。但目前主流的非晶硅薄膜電池設計壽命為20年以上，這使得非晶硅薄膜電池成為目前最被看好的薄膜電池技術之一。從經濟和技術方面綜合來看，非晶硅薄膜太陽能電池有成本低、能量返回期短、適合流水化生產、高溫性能好、弱光性能好等諸多優勢。
非晶硅薄膜硅電池在民用具有廣闊的應用前景：用薄膜太陽能電池作玻璃幕牆可以使建築物能源自給自足，且整體性好、美觀。薄膜電池每天工作時間可超過8個小時，遠高於晶硅電池的4個小時。總的算下來，非晶硅薄膜電池發電能力還要略勝於相同功率的晶硅電池，這對於大規模並網發電非常有利。另外，薄膜硅電池和發光二極管(LED)的結合，開創了無源照明的新紀元，其對於照明領域的革命性意義值得看好。
CdTe薄膜太陽能電池的轉化效率約10%，由於Cd為有毒金屬，CdTe電池面臨廢物回收的問題，因規模化受一定影響，其對於未來光伏行業格局的影響勢必有限。CIS薄膜太陽能電池為採用銅、銦、錫化合物製作的一種薄膜電池，轉化效率在11%左右(最近美國能源部的實驗室CIS電池轉換效率高達19.9%)。因其兼具高光電效率及低材料成本兩大優勢，我們看好其長期未來的發展潛力。
發展迷局
在我國新能源已獲得長足發展下，如何通過產業政策引導新能源行業向積極健康的方向發展，是現階段面臨的重要問題。
從太陽能行業來看，該行業90%的原材料和市場在國外，行業的發展和盈利狀況在很大程度上受到歐美各國對於光伏的扶持政策。而中長期來看，當光伏以更大規模進入能源格局的時候，我國光伏產業勢必面臨發達國家扶持政策發生調整的風險，光伏行業要真正得到壯大，國內市場必須要盡快啟動。
此外，我國目前缺乏關於光伏上網電價的明確政策，從個體案例來看，近期發改委核定的上海崇明島前衛村光伏上網電價為4.0元/千瓦時。顯然這樣的電價還無法和傳統能源相比，而且面對這樣的電價，大規模補助太陽能發電的財政政策出台的可能性較小。我們判斷，國內光伏市場的啟動將在2011年以後，屆時光伏發電的成本已降至約1元/度電，且國內實質性的光伏扶持政策也有望出台。
目前風電定價制度，是發展風電產業中最不和諧的聲音，這種扭曲的定價機制，並不利於風電的盈利。發改委從2003年開始推行風電特許權開發方式，通過招投標確定風電開發商和上網電價，並與電網公司簽訂收購風電協議，保證風電上網，多年來，中標者都是報價最低方，每度僅在0.38元到0.52元間，但我們認為，以這個價格賣電多半虧損，合理價應在0.55-0.6元左右。
因此，盈利是風電產業的最大難題。即便在有國家補貼的情況下，全國大大小小一百多個風電廠中，盈利的並不多；而任何新能源，如果不能解決盈利問題，就無法被普及。雖然對於這個虧本買賣，諸多國企還是趨之若鶩。《可再生能源法》規定，2010年可再生能源量至少佔全國能源消費總量5%，身肩達標任務的國有電力公司紛紛「跑馬圈風」，不顧盈利。但是政策驅動始終不如經濟驅動，更能從根本上利好風電產業的發展。
近日國家剛出台《風力發電設備產業化專項資金管理暫行辦法》，對滿足支持條件的風電設備生產製造企業的首50颱風電機組，中央財政將按600元/千瓦的標準予以補助，其中整機製造企業和關鍵零部件製造企業各佔50%，各關鍵零部件製造企業補助金額原則上按照成本比例確定，重點向變流器和軸承企業傾斜。我們認為，這顯示了國家對於風電產業的日益重視，但如果從根源上來講，理順風電電價機制才是發展風電產業的關鍵所在。
廉價石油的時代已一去不復返。
與上世紀70年代不同，新能源成本正隨著行業規模和技術進步而迅速降低。成本下去了，則再多的產品也不愁賣。基於這一點，再看看未來新能源的成長空間、新能源日益顯現的成本優勢，沒有理由不看好整個新能源產業。
而如何通過產業政策引導新能源行業朝積極健康的方向發展，是現階段面臨的重要問題。
從15世紀煤炭取代木柴，到20世紀石油取代煤炭，自工業革命以來，能源一直是社會經濟發展的原動力，每一次能源格局的演變都最終帶來了生產力的巨大進步和工業的革命。過去一個世紀，受益於化石能源的大規模使用，人類社會創造了盛況空前的文明。事實上，社會文明度、複雜度越高，維繫這樣的社會所需的能源使用量越多。
然而，化石能源不可再生，終將面臨消耗殆盡的窘境。在社會需求的拉動下，石油價格多次沖高。過去150年，石油價格此前曾有兩次接近或超過100美元/桶的高價。一次是石油剛剛大規模使用之初，其開採量有限，而用途範圍迅速擴大導致價格高漲；另一次是20世紀70年代，因中東戰爭和兩伊戰爭先後進行，推動國際油價達到34美元/桶的高價並維持半年，折合為現在的油價約為80美元/桶。最近一輪油價的上漲，從2003年的平均30美元/桶上漲到2008年7月超過140美元/桶。
上世紀70年代發生的石油危機，刺激起一輪包括太陽能和風能在內的新能源熱潮。幾十年過去，今天，人類又面臨了全新的、更嚴峻的能源危機，這個時候的新能源，處在怎樣的時勢和機遇中呢？
牛市在望
要瞭解新能源的未來，得先來看看傳統能源的今天。
目前的數據是，煤炭、石油、天然氣的全球儲量分別還夠使用的時間約41年、63年和147年。有個婦孺皆知的事實是，化石能源使用過程中會有大量污染物排放，給全世界帶來了以溫室效應為代表的巨大環境危機。
在能源和環境的巨大挑戰面前，世界各國就此達成了一個共識：目前的能源格局是不可持續的。在傳統能源不斷消減的情況下，我們認為，新能源行業牛市在望。
首先來看看全世界不同國家的新能源戰略。2007年初，歐盟提出新的可再生能源發展目標，到2020年，可再生能源消費要佔到全部能源消費的20%，可再生能源發電量佔到全部發電量的30%。
美國的加利福尼亞，2017年20%的電力將來自可再生能源(2002年已經達到12%)。日本的目標是，2010年光伏發電要達到483萬千瓦(2003年為88.7萬千瓦)。
拉丁美洲，2010年整個能源的10%要來自可再生能源；另外，澳大利亞、印度、巴西、中國等國也制定了明確的新能源發展目標。
不難看出，新能源行業是所有國家的所有行業中優先戰略性佈局的。近5年，全球太陽能發電業的增速、產量和規模都極具吸引力。太陽能發電業保持35%以上增速，預計未來10年仍能維持25-30%增速。2007全球太陽能電池產量約3000MW，我國產量約1000MW；預計到2010年，全球每年新增量將達8000MW，累計裝機可達28000MW。我國太陽能發電，預計大規模市場將於2011年左右打開。風電方面，2007年我國風電新增裝機296.17萬千瓦，累計達到556.17萬千瓦，分別同比增長121%、114%，增速第一，預計2008年底累計裝機將達1000萬千瓦，到2010年裝機容量可達約2000萬千瓦。截至2007年7月，全世界共有分佈在30個國家內的共435座商業運營的核電站，總裝機容量為3.7億千瓦，發電量約佔全世界總發電量的16%。我國目前共有11座反應堆共906.8萬千瓦的核電裝機容量，規劃到2020年，核電運行裝機容量將達到4000萬千瓦，在建容量1800萬千瓦，核電年發電量達到2600-2800億千瓦時。
當下油價已由最高約147美元下探到最近約113美元，新能源的發展步伐，是否會重新因油價回落而停止不前呢？
大量歷史經驗證明，推動油價上漲的中短期因素，是美元貶值和資本投機。額外需求的增長、開採成本的提升、國際政治集團利益博弈等，則是無法消除的中長期因素。
可以預期的是，廉價石油的時代已一去不復返。這決定了世界各國對於新能源將是長期扶持培養的態度。決定新能源行業能否壯大的更基本因素，即為新能源相對於傳統能源是否具有經濟上的可比性，即成本優勢。與上世紀70年代不同，新能源成本正隨著行業規模和技術進步而迅速降低。
從行業平均來看，核電是目前成本最低的新能源，風電其次，太陽能成本最高。
太陽能行業，大致上行業規模每增加一倍，則成本下降20%。1976年，太陽能電池高達100美元/瓦，而目前太陽能電池組件價格約3美元/瓦，度電成本約0.4美元。歐洲每千瓦時風電成本從1982年的13歐分，下降為去年4歐分左右，25年間風電成本下降約2.25倍。目前，我國風電成本約0.5元/度電。核電目前的成本約0.3元/度電，預計5年以後核電成本可降低至約0.25元/度電。
因各地能源成本不同，比如大型煤炭基地坑口附近，煤炭成本低至200元/噸，則發電成本約0.15元/度電。而廣東部分煤價高達1000元/噸，發電成本高達0.4元/度電。這樣，新能源成本更具比較優勢。
以廣東地區為例，最新數據是，發電企業上網電價全國平均0.39元/度，廣東地區燃煤標桿電價0.4792元/度。如果風力發電，全國平均成本僅0.5元/度，廣東地區風電價為0.689元/度。核電成本，取秦山二期上網電價0.414元/度，而具完全自主知識產權的高溫氣冷堆核電上網成本可降至0.3元/千瓦時。光伏發電，綜合考慮，發電成本約2.2元/度。
動態地看，若煤炭價格保持平均每年10%的漲幅，3年後廣東地區火電成本要漲到0.59元；而光伏發電3-5年後將降50%到1.1元/度電。目前廣東商業用電高峰價約1.0元/度，3年後將超過1.1元/度，這樣，3年後，核電就相對最具成本優勢。
「成本下去了，再多的產品也不愁賣」。基於這一點，再看看未來新能源的成長空間、新能源日益顯現的成本優勢，沒有理由不看好整個新能源產業。
行業格局
目前新能源行業發展已經形成了幾大主要子行業，在子行業中又主要集中在幾大主要產品和焦點問題中。
首先關注太陽能電池行業。該電池業主要分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池。其中，晶體硅太陽能電池分為單晶硅電池和多晶硅電池，它們都採用高純度硅材料，99.9999%純度以上。薄膜太陽能電池主要包括非晶硅薄膜電池、CIS電池、CdTe(碲化鎘)電池。
其中，晶體硅太陽能電池轉化效率為15-20%，佔據太陽能電池市場超過90%的份額。進入壁壘最高的環節為太陽能級高純多晶硅(6N)原料生產，因其製造過程資金密集、技術密集、高耗能、回收週期長，之前一直被國際上幾大廠家壟斷。越往行業下游，技術壁壘越低。
其次是風電行業。目前，風機市場規模迅速增長，呈供不應求局面。風機製造商間技術和規模之爭更激烈。國內風電機組製造商約40家，大致分四類。產業化落實較好，已具備大批量生產能力的風電機組製造企業，如金風科技、大連華銳等企業；已試製出樣機或已具備小批量生產能力的企業，如保定惠德風電、上海電氣風電等；正開展樣機試制或整機設計，產業化有待進一步落實的，如重慶海裝、瑞能北方等19家。第四，已有成熟設計製造技術，正在國內建造總裝或部件企業的國外獨資企業，如GE(瀋陽)有限公司、Game－sa風電(天津)有限公司等。
國內龍頭金風科技的市場份額從2006年的33.4%下降為2007年的25.1%，而風機新銳大連華銳的市場份額迅速增長，從2006年的5.6%增加到2007年的20.6%，成為2007年國內風機市場最大的贏家，這兩個數據充分體現了當下風電機組製造商的競爭之勢。
核電行業方面，我國目前可生產具有自主知識產權的30萬千瓦級壓水堆核電機組成套設備，國產化率超過80%。目前核電設備製造力量相對集中的企業不少，如上海電氣、東方電氣、哈電集團為代表的核電設備製造企業，已初步形成核島、常規島、核電專用材料、泵閥等輔助設備、控制系統和儀表設備等的產業鏈體系。市場份額方面，核電常規島設備的市場競爭分為三大聯合體：哈電和GE結成投標聯合體、東方電氣和阿爾斯通結成投標聯合體、上海電氣和西門子組成投標聯合體。核島部分，第三代核電自主化的主要依托項目「三門」一號機組及「海陽」一號機組的反應堆壓力容器和蒸汽發生器，是由西屋公司提供的，但我國首台自主品牌的核島設備競爭格局尚不明確。
多晶硅非晶硅誰強
大家都關注一個問題：過去一段時間，多晶硅行業保持暴利，這種暴利還有多久呢？
多晶硅價格從2003年以來步入上升通道，已從最初的30美元/公斤漲至430美元/公斤。價格大漲，源於多晶硅行業壁壘極高。暴利吸引了眾多參與者，但多晶硅價格終將返璞歸真。多晶硅暴利或將延續到2010年，價格則從2009年中旬可望步入下降通道。
因多晶硅價格暴漲，傳統七大廠和國際國內諸多新進入者正積極擴充產能。我國目前湧現大量多晶硅在建擬建產能，據最新數據，目前國內規劃的產能高達8.8萬噸，目前在建產能約4.4萬噸，預計我國2008年至2010年的多晶硅產量約4000噸、10000噸、30000噸。
目前多晶硅行業一個顯著的特點，就是新建的千噸級項目投產時間大為縮短。這意味著今後一旦多晶硅供不應求，行業產能將能很快跟上，多晶硅的週期長度將迅速縮短。到2010年以後，多晶硅的供給開始大於需求。供應增大，則需求的缺口會從2009年開始縮小，這是我們預計2009年初多晶硅價格將步入下行通道的依據。
而在太陽能電池子行業中，非晶硅薄膜太陽能電池是目前發展速度最快的。因它是將非晶態硅沉積在導電玻璃上製作而成，其轉化效率約5-8%，成本低廉。2007年行業增速約120%，預計未來3年內年均增速將高達100%。
業內之前曾對非晶硅薄膜太陽能電池持有疑慮，主要在於其電池轉化效率較低(5-9%)，而且衰減特別快，使用壽命只有2-3年。但目前主流的非晶硅薄膜電池設計壽命為20年以上，這使得非晶硅薄膜電池成為目前最被看好的薄膜電池技術之一。從經濟和技術方面綜合來看，非晶硅薄膜太陽能電池有成本低、能量返回期短、適合流水化生產、高溫性能好、弱光性能好等諸多優勢。
非晶硅薄膜硅電池在民用具有廣闊的應用前景：用薄膜太陽能電池作玻璃幕牆可以使建築物能源自給自足，且整體性好、美觀。薄膜電池每天工作時間可超過8個小時，遠高於晶硅電池的4個小時。總的算下來，非晶硅薄膜電池發電能力還要略勝於相同功率的晶硅電池，這對於大規模並網發電非常有利。另外，薄膜硅電池和發光二極管(LED)的結合，開創了無源照明的新紀元，其對於照明領域的革命性意義值得看好。
CdTe薄膜太陽能電池的轉化效率約10%，由於Cd為有毒金屬，CdTe電池面臨廢物回收的問題，因規模化受一定影響，其對於未來光伏行業格局的影響勢必有限。CIS薄膜太陽能電池為採用銅、銦、錫化合物製作的一種薄膜電池，轉化效率在11%左右(最近美國能源部的實驗室CIS電池轉換效率高達19.9%)。因其兼具高光電效率及低材料成本兩大優勢，我們看好其長期未來的發展潛力。
發展迷局
在我國新能源已獲得長足發展下，如何通過產業政策引導新能源行業向積極健康的方向發展，是現階段面臨的重要問題。
從太陽能行業來看，該行業90%的原材料和市場在國外，行業的發展和盈利狀況在很大程度上受到歐美各國對於光伏的扶持政策。而中長期來看，當光伏以更大規模進入能源格局的時候，我國光伏產業勢必面臨發達國家扶持政策發生調整的風險，光伏行業要真正得到壯大，國內市場必須要盡快啟動。
此外，我國目前缺乏關於光伏上網電價的明確政策，從個體案例來看，近期發改委核定的上海崇明島前衛村光伏上網電價為4.0元/千瓦時。顯然這樣的電價還無法和傳統能源相比，而且面對這樣的電價，大規模補助太陽能發電的財政政策出台的可能性較小。我們判斷，國內光伏市場的啟動將在2011年以後，屆時光伏發電的成本已降至約1元/度電，且國內實質性的光伏扶持政策也有望出台。
目前風電定價制度，是發展風電產業中最不和諧的聲音，這種扭曲的定價機制，並不利於風電的盈利。發改委從2003年開始推行風電特許權開發方式，通過招投標確定風電開發商和上網電價，並與電網公司簽訂收購風電協議，保證風電上網，多年來，中標者都是報價最低方，每度僅在0.38元到0.52元間，但我們認為，以這個價格賣電多半虧損，合理價應在0.55-0.6元左右。
因此，盈利是風電產業的最大難題。即便在有國家補貼的情況下，全國大大小小一百多個風電廠中，盈利的並不多；而任何新能源，如果不能解決盈利問題，就無法被普及。雖然對於這個虧本買賣，諸多國企還是趨之若鶩。《可再生能源法》規定，2010年可再生能源量至少佔全國能源消費總量5%，身肩達標任務的國有電力公司紛紛「跑馬圈風」，不顧盈利。但是政策驅動始終不如經濟驅動，更能從根本上利好風電產業的發展。
近日國家剛出台《風力發電設備產業化專項資金管理暫行辦法》，對滿足支持條件的風電設備生產製造企業的首50颱風電機組，中央財政將按600元/千瓦的標準予以補助，其中整機製造企業和關鍵零部件製造企業各佔50%，各關鍵零部件製造企業補助金額原則上按照成本比例確定，重點向變流器和軸承企業傾斜。我們認為，這顯示了國家對於風電產業的日益重視，但如果從根源上來講，理順風電電價機制才是發展風電產業的關鍵所在。
鉅亨看世界－晴時多雲
2008 / 08 / 22 星期五 18:00 林佳萱
財經周刊《Barron's》最近報導，目前太陽能股出現左右為難的場面。由於油價仍維持在高檔，不需要看人臉色的太陽能產業正值市場主流，但僅管長期看好，短期包括國家政策走向、原料供應波動，變數還是相當多。
陽光免錢，幾乎沒有特殊限制，不產生溫室氣體，不被獨佔，不用花大錢探勘，沒有阿拉伯酋長、委內瑞拉總統Hugo Chavez或伊朗總統Mahmoud Ahmadinejad這種能源梟雄霸著場子頤指氣使，各種好處都擊敗了化石燃料。由於這些都快成真，現在市場上太陽能股票夯到不行，公開交易燒得火燙燙。
市場看好的人認為，美國在10年到15年內可以透過太陽能自行產生 10%的電力，甚至更樂觀者指出，去年出版的資料顯示美國在2050年就可以自己靠太陽能供應國內 69%的電力需求。
投資人的血汗錢可不能賭到2050年，現在大家都對 9月之後到2009年的行情浮現擔憂。短期內太陽能產業面臨麻煩的情況：美國政府對關鍵部門的補貼政策態度搖擺，大部分太陽能電池的原料矽晶圓（polysilicon）又價格下跌。如果打算長期投資而且資產配置得宜，的確有可能賺大錢，但不確定因素仍然存在。
2005年 9月19日《Barron's》曾經專文探討過太陽能產業的挑戰，現在產業前景又比當時的變數更多。當時被點名的幾支股票後來大漲 3倍，可是現在想獲得如此亮眼的收益就不那麼容易了。然而無論如何，太陽能族群還是充滿潛力。
歷史上把太陽能轉換為電的構想行之有年，1950年貝爾實驗室就已經開始著手開發太陽能電池，不過，以往都只認為太陽能還在實驗階段，沒什麼人敢想像太陽能有一天會成為石油的強勁競爭對手，至今生產的電量還不到全球用電的1%。
商機也因此顯得十分誘人：一個幾乎未開發的 1兆美元市場。 Collins Stewart投資公司太陽能產業分析師Dan Ries表示：「投資太陽能的基本邏輯─如果價格能夠壓到合理水準，那麼需求量會大到非常非常驚人。一旦太陽能比其他能源更便宜，需求會超過這整個產業能提供的 100倍。」
綠能科技創投企業都非常看好太陽能產業，根據 Cleantech公司的研究，2007年有超過10億美元的資金投入太陽能新興企業，而且銀彈持續源源不絕，2008年才剛過一半，創投公司的資金已經又匯入10億美元。原因很明顯：當一個經濟體要從倚賴煤、石油或天然氣轉換到太陽能時，鉅額獲利潛藏其中。
關鍵點是「價格等位」（Grid Parity） ，意思是太陽能發電的成本要和購買傳統電力的費用打平，現在還未達到這個水準。不過，目前太陽能發電的價格已經有部分競爭能力，特別是在發電高成本地區的用電尖峰時刻（如正值 8月炎夏的夏威夷、南加州）。
以樂觀的角度來看，2010年可以達到「價格等位」（雖然以2012年為時間表可能比較實際），總之要看化石燃料的價格變動如何─假設煤和天然氣價格走高，「價格等位」就會早一點達成。
但投資人必須銘記在心，光是太陽能無法完全地取代化石燃料。晚上沒有陽光，而且儲存白晝多餘太陽能的技術還有瓶頸尚未突破。
太陽能產業目前仍然快速膨脹。Citibank（花旗銀行）的分析師Timothy Arcuri表示，今年全球太陽能光電（photovoltaic；PV）設備的發電量大幅成長 45%達到39億瓦，而預估2012年會再成長到 151億瓦。
是什麼動力驅策發電量陡增呢？《Barron's》文章指出，在「價格等位」還沒發生之前，太陽能產業還有賴美國政府的扶持和幫助。
目前全球兩個最大的太陽能市場在德國與西班牙，2008年這兩國總計貢獻了全球太陽能光電發電量的 66%。而這兩國都有實行「強制光伏上網電價（feed-in tariff)」政策，要求電力公司以 2倍於市場水準的價格支付給太陽能發電者。
其實德國全年光照和常下雨的美國西北部差不多，但德國卻擁有幾家全球最大的太陽能電池公司，這都要感謝德國納稅人願意接受政府扶持太陽能產業的方針。
想避免全球暖化，同時也脫離依賴外國石油進口，開發太陽能是很不錯的選擇，但是扶持太陽能產業必須要國庫在背後支援，必須要全國的納稅人點頭同意，這點相當容易受政治力影響。而現在全球太陽能產業必須解決兩個關鍵問題。
其中一個，是美國國會今年再度試圖通過延長清潔能源的經濟補助法案（原本的補助到今年年底到期），可以提供太陽能發電設備 30%的稅務減免，但不幸失敗。一般認為對太陽能產業的補助之後仍會持續，然而必須等待新總統就任後才有可能進行。這段空窗期內，美國太陽能發電恐怕要停擺。
另外一個問題則在西班牙，因為安裝量過多，西班牙政府政打算降低補助方案。未來幾個星期，西班牙的太陽能發電者不再能拿到像以往那麼多的售電利潤。由於該國財政赤字壓迫，西班牙將比預期更快削減對太陽能發電的扶持上限。如此可能讓進軍西班牙市場的太陽能公司安裝量減少許多。
這個消息一傳出，對全球太陽能股票都是利空，許多個股從 6月初起已經下挫了超過 20%。
7月中太陽能個股又遭到一次重擊：有報導指出，西班牙將大幅降低限制今年太陽能產業的收購電量，此舉在美國許多州都產生連鎖效應，認為「補貼太慷慨」而應該刪減的聲音不斷傳出，《紐約時報》日前報導，紐約、科羅拉多、馬里蘭以及紐澤西都考慮要降低補助。
Merrill Lynch（美林）的分析師Mark Heller也在七月底一份報告中警告，看好太陽能產業的人恐怕要謹慎一點， 2007-2008年太陽能產業不見得比1998年網路公司集到更多資金。
Warns Heller表示，「現在存在一個問題，就是這些公司眼中只想著技術的長期獲利前景，完全忘了考慮中期的風險。這些中期風險例如充足的補貼沒有持續，以至於無法在太陽能發電成本還壓不下來時刺激需求。」
補貼之所以重要的原因，在於太陽能電池、模組及系統仍然很貴。某種程度而言，像西班牙那種地方有強大的太陽能需求，是人為補貼刺激出來的。
另外矽晶圓始終長期缺料，最近幾個月矽晶圓的現貨價格甚至高達每公斤 450美元之譜，跟幾年前每公斤不到 100元根本不能比。分析師Dan Ries表示，當矽晶圓價格拉到每公斤 250美元，生產矽晶圓實在非常有賺頭，因為實際生產生本每公斤不到30美元。
因此矽晶圓生產商被餵得飽飽的，像是MEMC Electronic Materials（WFR-US)、Wacker Chemie（WCH-DE），還有新加入搶食大餅的韓商 DC Chemical（010060-KR)，這些公司今年獲利會比去年多上 3倍。
MEMC自從2005年被《Barron's》點名看好之後股價上揚 3倍，但最近的股價比去年高點還要差，因為投資人看到矽晶圓市場一陣混亂：預計2009年將會有大量矽晶圓供應湧現，價格將會暴跌，說不定幾年之後矽晶圓價格又會滑落為每公斤 100美元以下。
自從矽晶圓變成太陽能電池價格的單一關鍵因素後，矽晶圓供應量大增應該會讓太陽能電池、模組及系統價格便宜很多。事實上，2012年的合約價已經遠低於現在的價格。
但這並非完全是太陽能公司的利多，Friedman Billings Ramsey分析師Mehdi Hosseini在最近的報告中主張，太陽能產業在2009年有能力生產90億瓦的太陽能電池，然而就算最好的情況下，需求也不會超過65億瓦。他預期價格會垂直滑落。
當價格下滑，太陽能產業的經濟結構會改變，政府補貼會消失。雖然太陽能電池製造商很努力想提高太陽能發電功率，但太陽能電池最後會變成一種「日用品商品」。市場將會發現，雖然太陽能設備顯現強勁的成長力道，但本益比卻沒有想像中高，與其說像Google或 Apple，還不如說像硬碟製造商 Seagate或記憶體製造商Micron。
投資人該怎麼辦呢？
加州投資銀行Boucher-Lensch的分析師 Charles Boucher建議，投資人好好抓住垂直整合的企業，比較不容易受到產業中任何單一原件成本波動的影響。因此，他認為製造產業中最高效率電池的公司SunPower(SPWR-US）不錯。從2005年首次公開募股到現在，該公司股票已經上漲180%。
他也很欣賞各國太陽能公司，包括Canadian Solar（CSIQ-US)、中國無錫尚德(STP-US)、天威英利(YGE-US)。如果一定要買美國企業，Akeena Solar(AKNS-US）是不錯的選擇，雖然美國國會沒有通過稅務補貼對該公司影響甚鉅。
Lehman分析師 Vishal Shah則決定反向操作購買MEMC的股票，他認為這支個股已經在矽晶圓價格滑落的情況下超跌。另外他也青睞First Solar（FSLR-US）這支目前企業規模最大且表現強勢的股票，這家公司不用矽晶圓來製造太陽能電池，而是全球唯一採碲化鎘（Cadmium. Telluride, CdTe）─下一代薄膜太陽能電池的公司。
可是分析師Dan Ries持不同看法： First Solar電池單位電力成本遠比其他矽晶圓電池的競爭對手低，那是因為以目前的矽晶圓高昂價格，「這是一場不公平的戰爭」，如果矽晶圓的價格滑落到每公斤70美元，「就輪到 First Solar這家公司坐立難安了」。
Vishal Shah 跟Dan Ries都很看好中國無錫尚德，這家中國最大太陽能企業在太陽能模組製造成本上有相當強的競爭優勢。
Vishal Shah 認為，生產太陽能電池的JA Solar(JASO-US）在沒有集資的情況下，產能可能會加倍。因為西班牙降低電量收購上限，他對以下企業的股票比較不看好，包括Canadian Solar、Solarfun Power（SOLF-US)、天威英利。不過他表示，如果西班牙補貼削減的幅度比想像中少，那這些個股可能會再反彈 50%。
雖然短期變數相當多，投資人最好還是把眼光放長遠來看。不過，至少當石油通通用完時，太陽還會存活50億年。
財經周刊《Barron's》最近報導，目前太陽能股出現左右為難的場面。由於油價仍維持在高檔，不需要看人臉色的太陽能產業正值市場主流，但僅管長期看好，短期包括國家政策走向、原料供應波動，變數還是相當多。
陽光免錢，幾乎沒有特殊限制，不產生溫室氣體，不被獨佔，不用花大錢探勘，沒有阿拉伯酋長、委內瑞拉總統Hugo Chavez或伊朗總統Mahmoud Ahmadinejad這種能源梟雄霸著場子頤指氣使，各種好處都擊敗了化石燃料。由於這些都快成真，現在市場上太陽能股票夯到不行，公開交易燒得火燙燙。
市場看好的人認為，美國在10年到15年內可以透過太陽能自行產生 10%的電力，甚至更樂觀者指出，去年出版的資料顯示美國在2050年就可以自己靠太陽能供應國內 69%的電力需求。
投資人的血汗錢可不能賭到2050年，現在大家都對 9月之後到2009年的行情浮現擔憂。短期內太陽能產業面臨麻煩的情況：美國政府對關鍵部門的補貼政策態度搖擺，大部分太陽能電池的原料矽晶圓（polysilicon）又價格下跌。如果打算長期投資而且資產配置得宜，的確有可能賺大錢，但不確定因素仍然存在。
2005年 9月19日《Barron's》曾經專文探討過太陽能產業的挑戰，現在產業前景又比當時的變數更多。當時被點名的幾支股票後來大漲 3倍，可是現在想獲得如此亮眼的收益就不那麼容易了。然而無論如何，太陽能族群還是充滿潛力。
歷史上把太陽能轉換為電的構想行之有年，1950年貝爾實驗室就已經開始著手開發太陽能電池，不過，以往都只認為太陽能還在實驗階段，沒什麼人敢想像太陽能有一天會成為石油的強勁競爭對手，至今生產的電量還不到全球用電的1%。
商機也因此顯得十分誘人：一個幾乎未開發的 1兆美元市場。 Collins Stewart投資公司太陽能產業分析師Dan Ries表示：「投資太陽能的基本邏輯─如果價格能夠壓到合理水準，那麼需求量會大到非常非常驚人。一旦太陽能比其他能源更便宜，需求會超過這整個產業能提供的 100倍。」
綠能科技創投企業都非常看好太陽能產業，根據 Cleantech公司的研究，2007年有超過10億美元的資金投入太陽能新興企業，而且銀彈持續源源不絕，2008年才剛過一半，創投公司的資金已經又匯入10億美元。原因很明顯：當一個經濟體要從倚賴煤、石油或天然氣轉換到太陽能時，鉅額獲利潛藏其中。
關鍵點是「價格等位」（Grid Parity） ，意思是太陽能發電的成本要和購買傳統電力的費用打平，現在還未達到這個水準。不過，目前太陽能發電的價格已經有部分競爭能力，特別是在發電高成本地區的用電尖峰時刻（如正值 8月炎夏的夏威夷、南加州）。
以樂觀的角度來看，2010年可以達到「價格等位」（雖然以2012年為時間表可能比較實際），總之要看化石燃料的價格變動如何─假設煤和天然氣價格走高，「價格等位」就會早一點達成。
但投資人必須銘記在心，光是太陽能無法完全地取代化石燃料。晚上沒有陽光，而且儲存白晝多餘太陽能的技術還有瓶頸尚未突破。
太陽能產業目前仍然快速膨脹。Citibank（花旗銀行）的分析師Timothy Arcuri表示，今年全球太陽能光電（photovoltaic；PV）設備的發電量大幅成長 45%達到39億瓦，而預估2012年會再成長到 151億瓦。
是什麼動力驅策發電量陡增呢？《Barron's》文章指出，在「價格等位」還沒發生之前，太陽能產業還有賴美國政府的扶持和幫助。
目前全球兩個最大的太陽能市場在德國與西班牙，2008年這兩國總計貢獻了全球太陽能光電發電量的 66%。而這兩國都有實行「強制光伏上網電價（feed-in tariff)」政策，要求電力公司以 2倍於市場水準的價格支付給太陽能發電者。
其實德國全年光照和常下雨的美國西北部差不多，但德國卻擁有幾家全球最大的太陽能電池公司，這都要感謝德國納稅人願意接受政府扶持太陽能產業的方針。
想避免全球暖化，同時也脫離依賴外國石油進口，開發太陽能是很不錯的選擇，但是扶持太陽能產業必須要國庫在背後支援，必須要全國的納稅人點頭同意，這點相當容易受政治力影響。而現在全球太陽能產業必須解決兩個關鍵問題。
其中一個，是美國國會今年再度試圖通過延長清潔能源的經濟補助法案（原本的補助到今年年底到期），可以提供太陽能發電設備 30%的稅務減免，但不幸失敗。一般認為對太陽能產業的補助之後仍會持續，然而必須等待新總統就任後才有可能進行。這段空窗期內，美國太陽能發電恐怕要停擺。
另外一個問題則在西班牙，因為安裝量過多，西班牙政府政打算降低補助方案。未來幾個星期，西班牙的太陽能發電者不再能拿到像以往那麼多的售電利潤。由於該國財政赤字壓迫，西班牙將比預期更快削減對太陽能發電的扶持上限。如此可能讓進軍西班牙市場的太陽能公司安裝量減少許多。
這個消息一傳出，對全球太陽能股票都是利空，許多個股從 6月初起已經下挫了超過 20%。
7月中太陽能個股又遭到一次重擊：有報導指出，西班牙將大幅降低限制今年太陽能產業的收購電量，此舉在美國許多州都產生連鎖效應，認為「補貼太慷慨」而應該刪減的聲音不斷傳出，《紐約時報》日前報導，紐約、科羅拉多、馬里蘭以及紐澤西都考慮要降低補助。
Merrill Lynch（美林）的分析師Mark Heller也在七月底一份報告中警告，看好太陽能產業的人恐怕要謹慎一點， 2007-2008年太陽能產業不見得比1998年網路公司集到更多資金。
Warns Heller表示，「現在存在一個問題，就是這些公司眼中只想著技術的長期獲利前景，完全忘了考慮中期的風險。這些中期風險例如充足的補貼沒有持續，以至於無法在太陽能發電成本還壓不下來時刺激需求。」
補貼之所以重要的原因，在於太陽能電池、模組及系統仍然很貴。某種程度而言，像西班牙那種地方有強大的太陽能需求，是人為補貼刺激出來的。
另外矽晶圓始終長期缺料，最近幾個月矽晶圓的現貨價格甚至高達每公斤 450美元之譜，跟幾年前每公斤不到 100元根本不能比。分析師Dan Ries表示，當矽晶圓價格拉到每公斤 250美元，生產矽晶圓實在非常有賺頭，因為實際生產生本每公斤不到30美元。
因此矽晶圓生產商被餵得飽飽的，像是MEMC Electronic Materials（WFR-US)、Wacker Chemie（WCH-DE），還有新加入搶食大餅的韓商 DC Chemical（010060-KR)，這些公司今年獲利會比去年多上 3倍。
MEMC自從2005年被《Barron's》點名看好之後股價上揚 3倍，但最近的股價比去年高點還要差，因為投資人看到矽晶圓市場一陣混亂：預計2009年將會有大量矽晶圓供應湧現，價格將會暴跌，說不定幾年之後矽晶圓價格又會滑落為每公斤 100美元以下。
自從矽晶圓變成太陽能電池價格的單一關鍵因素後，矽晶圓供應量大增應該會讓太陽能電池、模組及系統價格便宜很多。事實上，2012年的合約價已經遠低於現在的價格。
但這並非完全是太陽能公司的利多，Friedman Billings Ramsey分析師Mehdi Hosseini在最近的報告中主張，太陽能產業在2009年有能力生產90億瓦的太陽能電池，然而就算最好的情況下，需求也不會超過65億瓦。他預期價格會垂直滑落。
當價格下滑，太陽能產業的經濟結構會改變，政府補貼會消失。雖然太陽能電池製造商很努力想提高太陽能發電功率，但太陽能電池最後會變成一種「日用品商品」。市場將會發現，雖然太陽能設備顯現強勁的成長力道，但本益比卻沒有想像中高，與其說像Google或 Apple，還不如說像硬碟製造商 Seagate或記憶體製造商Micron。
投資人該怎麼辦呢？
加州投資銀行Boucher-Lensch的分析師 Charles Boucher建議，投資人好好抓住垂直整合的企業，比較不容易受到產業中任何單一原件成本波動的影響。因此，他認為製造產業中最高效率電池的公司SunPower(SPWR-US）不錯。從2005年首次公開募股到現在，該公司股票已經上漲180%。
他也很欣賞各國太陽能公司，包括Canadian Solar（CSIQ-US)、中國無錫尚德(STP-US)、天威英利(YGE-US)。如果一定要買美國企業，Akeena Solar(AKNS-US）是不錯的選擇，雖然美國國會沒有通過稅務補貼對該公司影響甚鉅。
Lehman分析師 Vishal Shah則決定反向操作購買MEMC的股票，他認為這支個股已經在矽晶圓價格滑落的情況下超跌。另外他也青睞First Solar（FSLR-US）這支目前企業規模最大且表現強勢的股票，這家公司不用矽晶圓來製造太陽能電池，而是全球唯一採碲化鎘（Cadmium. Telluride, CdTe）─下一代薄膜太陽能電池的公司。
可是分析師Dan Ries持不同看法： First Solar電池單位電力成本遠比其他矽晶圓電池的競爭對手低，那是因為以目前的矽晶圓高昂價格，「這是一場不公平的戰爭」，如果矽晶圓的價格滑落到每公斤70美元，「就輪到 First Solar這家公司坐立難安了」。
Vishal Shah 跟Dan Ries都很看好中國無錫尚德，這家中國最大太陽能企業在太陽能模組製造成本上有相當強的競爭優勢。
Vishal Shah 認為，生產太陽能電池的JA Solar(JASO-US）在沒有集資的情況下，產能可能會加倍。因為西班牙降低電量收購上限，他對以下企業的股票比較不看好，包括Canadian Solar、Solarfun Power（SOLF-US)、天威英利。不過他表示，如果西班牙補貼削減的幅度比想像中少，那這些個股可能會再反彈 50%。
雖然短期變數相當多，投資人最好還是把眼光放長遠來看。不過，至少當石油通通用完時，太陽還會存活50億年。
2008年8月6日 星期三
U.Va. Team Developing Black Solar Cells for a Greener Future
簡評:以雷射燒烤矽晶表面創造"針狀抗反射結構"...好技術--但是貴!
Aug. 4, 2008
Solar cells of the future may look totally black to the human eye because they absorb light so efficiently. That's the promise of new research from an interdisciplinary team at the University of Virginia being funded by a new U.Va. Collaborative Sustainable Energy Seed Grant worth about $30,000.While current solar cells reflect about 30 percent of the light energy that reaches their surface, the U.Va. team will use lasers to create tiny nanoscale surface textures that reduce that energy loss to less than 1 percent, over the entire solar spectrum and irrespective of the angle at which sunlight strikes the cell.While increasing the ultimate efficiency of solar cells, this laser texturing process could also drive down manufacturing costs. Because lasers are already used in the manufacturing of solar cells, the texturing process can be automated, eliminating the need for dangerous chemical treatments currently used to reduce reflectance.Team member Mool C. Gupta, a professor of electrical and computer engineering, developed this laser texturing process, patented through the U.Va. Patent Foundation. The resulting texture of 'nanospikes,' said Gupta, is like the sand on sandpaper — the added hills and valleys greatly increase the surface area and reduce the reflection of light. However, the 'nanospikes' are many times smaller than the sand of sandpaper (nanospikes range in height from 10 to 100 millionths of a meter) and are more precisely shaped.The 30 percent gain in light absorption from the nanospike surface may enable the creation of solar cells that are ultimately 2 percent to 3 percent more efficient than current technology, Gupta said. That may not sound like much, but "in the solar industry a 1 percent efficiency improvement is a big deal," noted Gupta, who is also the director of the National Science Foundation's Laser Industry/University Cooperative Research Center. "I'll be happy if we can get 2 to 3 percent more efficiency."Such incremental gains in efficiency and reduced manufacturing cost are helping drive the rapid growth of solar energy, a market that is growing about 40 percent per year in recent years, spurred in part by rising oil prices, Gupta said.Even with such rapid growth, solar power still only accounts for a tiny fraction of the world energy supply. "It's not like solar is trying to take the place of oil," Gupta said. "But if, in 20 to 30 years, solar can provide 5 to 10 percent of the world energy supply, then solar would be a huge industry – bigger than the entire microelectronics industry," which includes all the computer chips in today's cars, phones, appliances and buildings, as well as the chips in computers.Gupta's U.Va. partners in this research are Keith Williams, an assistant professor of physics with expertise in measuring the characteristics of surfaces, and Joe Campbell, a professor of electrical and computer engineering, member of the National Academy of Engineering and an expert in optics and electronics fabrication.Gupta's team will use the research results enabled by this seed grant to create a better application for larger grants from the Department of Energy and the National Science Foundation. "It's important to have some initial data to demonstrate the promise of the research, beyond just a theory," said Gupta, who hopes that his tiny 'nanospikes' can be a part of the solutions to the grave energy issues of our time. "The scientific community really needs to gear up to address energy issues that have a big impact on our society."
Aug. 4, 2008
Solar cells of the future may look totally black to the human eye because they absorb light so efficiently. That's the promise of new research from an interdisciplinary team at the University of Virginia being funded by a new U.Va. Collaborative Sustainable Energy Seed Grant worth about $30,000.While current solar cells reflect about 30 percent of the light energy that reaches their surface, the U.Va. team will use lasers to create tiny nanoscale surface textures that reduce that energy loss to less than 1 percent, over the entire solar spectrum and irrespective of the angle at which sunlight strikes the cell.While increasing the ultimate efficiency of solar cells, this laser texturing process could also drive down manufacturing costs. Because lasers are already used in the manufacturing of solar cells, the texturing process can be automated, eliminating the need for dangerous chemical treatments currently used to reduce reflectance.Team member Mool C. Gupta, a professor of electrical and computer engineering, developed this laser texturing process, patented through the U.Va. Patent Foundation. The resulting texture of 'nanospikes,' said Gupta, is like the sand on sandpaper — the added hills and valleys greatly increase the surface area and reduce the reflection of light. However, the 'nanospikes' are many times smaller than the sand of sandpaper (nanospikes range in height from 10 to 100 millionths of a meter) and are more precisely shaped.The 30 percent gain in light absorption from the nanospike surface may enable the creation of solar cells that are ultimately 2 percent to 3 percent more efficient than current technology, Gupta said. That may not sound like much, but "in the solar industry a 1 percent efficiency improvement is a big deal," noted Gupta, who is also the director of the National Science Foundation's Laser Industry/University Cooperative Research Center. "I'll be happy if we can get 2 to 3 percent more efficiency."Such incremental gains in efficiency and reduced manufacturing cost are helping drive the rapid growth of solar energy, a market that is growing about 40 percent per year in recent years, spurred in part by rising oil prices, Gupta said.Even with such rapid growth, solar power still only accounts for a tiny fraction of the world energy supply. "It's not like solar is trying to take the place of oil," Gupta said. "But if, in 20 to 30 years, solar can provide 5 to 10 percent of the world energy supply, then solar would be a huge industry – bigger than the entire microelectronics industry," which includes all the computer chips in today's cars, phones, appliances and buildings, as well as the chips in computers.Gupta's U.Va. partners in this research are Keith Williams, an assistant professor of physics with expertise in measuring the characteristics of surfaces, and Joe Campbell, a professor of electrical and computer engineering, member of the National Academy of Engineering and an expert in optics and electronics fabrication.Gupta's team will use the research results enabled by this seed grant to create a better application for larger grants from the Department of Energy and the National Science Foundation. "It's important to have some initial data to demonstrate the promise of the research, beyond just a theory," said Gupta, who hopes that his tiny 'nanospikes' can be a part of the solutions to the grave energy issues of our time. "The scientific community really needs to gear up to address energy issues that have a big impact on our society."
2008年7月29日 星期二
Novel industrial approaches in solar-cell production
簡評:
Scribing is required to obtain a monolithic series connection of modules.6 This essential technology has both allowed economically feasible solar-cell production and enabled the strong growth market for thin-film photovoltaic applications. Thin-film solar cells can be made using different material combinations. The substrate can either be glass, plastic foil, or metal foil. Generally, the cell itself consists of a back contact, a front-contact layer, and an absorber material in between. For the contacts, transparent conductive oxides (TCOs) or metals are used. Commonly used absorber materials include silicon, cadmium telluride, copper-indium di-selenide (CIS), and other combinations with copper indium, such as CIGS or CIGSSe. The layers are typically up to several microns thick. In Figure 4, a thin-film solar-cell cross-section is shown. Common referencing to the laser processes includes ‘patterning 1’ or P1 for the first contact, P2 for the absorber, and P3 for the second contact.
Thin-film solar-cell scribing is, in essence, based on the different transmissivities of the film materials at the laser wavelengths used. The deposition and scribing processes are shown schematically in Figure 5. The first TCO layer deposited can be zinc oxide, tin dioxide, or indium-tin oxide. Usually, when glass is used as the substrate, scribing is done from the glass side. An example is shown in Figure 6. Silicon as the absorber material is usually scribed with a laser wavelength of 532nm. For this setup, TCO is transparent, and silicon absorbs radiation in a thin layer. Scribing of the third layer can be done using the same laser wavelength as for the absorber. In this case, the second absorption layer is also removed. This is not necessary, but it does not affect the solar-cell function either.
In summary, the role of laser technology in the solar photovoltaic industry is gaining importance. Laser applications enable economic and technical feasibility of new design concepts. To achieve the required performance quality in acceptably short processing times, further technological system development is necessary. Both system and process development of newly emerging laser sources and their applications are the subject of future research at our institute.
雷射在太陽能電池產業的用途,請多參考--本資料很有用處!
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Aart Schoonderbeek and Andreas Ostendorf
Laser technology applications are indispensable in the photovoltaic industry, allowing both enhanced energy-generating efficiency and reduced costs.
The photovoltaic industry has experienced enormous growth in recent years. However, for solar-cell technology to become competitive in the long term, both an increase in energy-generating efficiency and a reduction in production costs is required. Several laser applications for solar-cell production are shown in Figure 1, of which three—hole drilling for back-contacted solar cells, silicon dioxide (SiO2) removal for making grooves, and scribing of thin-film cells—are described here in more detail.
Hole drilling for back-contacted cells
Laser drilling is a key technology used in many new back-contact solar-cell production concepts because alternative economically feasible drilling processes are not yet available.1–4 Square 6in-wide (156×156mm2) and 250μm−thin wafers are standard in industry. Common industrial photovoltaic cells have a screen-printed contact layer on the front, which blocks 5–7% of the incoming light by shadowing. To overcome this performance degradation, many new cell concepts are being developed, usually with the emitter contact either completely or partially on the rear. This results in higher cell efficiencies for energy generation. For these emitter wrap-through (EWT) cells, laser drilling is the only suitable method to create the necessary holes from the front to the back. Typically, a drilling efficacy of 15,000 80μm-diameter holes is required.1 Figure 2 shows a typical hole. Up to several thousand holes can be drilled per second.
Laser drilling is a key technology used in many new back-contact solar-cell production concepts because alternative economically feasible drilling processes are not yet available.1–4 Square 6in-wide (156×156mm2) and 250μm−thin wafers are standard in industry. Common industrial photovoltaic cells have a screen-printed contact layer on the front, which blocks 5–7% of the incoming light by shadowing. To overcome this performance degradation, many new cell concepts are being developed, usually with the emitter contact either completely or partially on the rear. This results in higher cell efficiencies for energy generation. For these emitter wrap-through (EWT) cells, laser drilling is the only suitable method to create the necessary holes from the front to the back. Typically, a drilling efficacy of 15,000 80μm-diameter holes is required.1 Figure 2 shows a typical hole. Up to several thousand holes can be drilled per second.
Figure 1. Laser applications for solar-cell production: hole drilling of back-contact solar cells, SiO2 removal for groove production, laser welding/soldering of contacts, edge isolation, wafer cutting, removal of dielectric layers for improved contact performance, texturing to increase the absorption of sunlight and therefore to enhance the efficiency of the cell, scribing of thin-film cells, and edge deletion.
Figure 2. A typical hole drilled with a pulsed-fiber laser, characterized by a burst of 20 pulses and a pulse energy of 1mJ (after etching). A human hair illustrates the small diameter of the holes.
SiO2 removal for grooves
For wafer-based solar cells, grooves are used in several novel designs.1,5 Grooves typically have a depth of up to several tens of microns. The groove is obtained in two steps. First, a barrier layer, such as SiO2 or silicon nitride (SiNx), is removed using a laser beam. Subsequently, a chemical etching process is applied to remove the laser-damaged silicon and to obtain the desired depth. The residual SiO2 or SiNx layer functions as a barrier during the etching process. Figure 3 shows a typical groove result.
For wafer-based solar cells, grooves are used in several novel designs.1,5 Grooves typically have a depth of up to several tens of microns. The groove is obtained in two steps. First, a barrier layer, such as SiO2 or silicon nitride (SiNx), is removed using a laser beam. Subsequently, a chemical etching process is applied to remove the laser-damaged silicon and to obtain the desired depth. The residual SiO2 or SiNx layer functions as a barrier during the etching process. Figure 3 shows a typical groove result.
Figure 3. Groove processed with an excimer laser at a wavelength of 248nm. The rectangular laser spot is shown in the processed area. The groove depth is about 20μm. The laser-processed surface is smooth after chemical etching, and does not contain any debris.
Figure 4. Cross-section of a thin-film solar cell (not to scale). The layers are typically up to several microns thick. The different layers, P1–P3 (transparent conductive oxides or absorber material), are successively deposited and scribed during the production process. The current flow is shown by the arrows.
Figure 5. Deposition and scribing for a thin-film solar cell. (1) Substrate, (2) TCO deposition, (3) P1 TCO scribing, (4) absorber deposition, (5) P2 absorber scribing, (6) TCO deposition, and (7): P3 TCO scribing.Scribing of thin-film cells
Scribing is required to obtain a monolithic series connection of modules.6 This essential technology has both allowed economically feasible solar-cell production and enabled the strong growth market for thin-film photovoltaic applications. Thin-film solar cells can be made using different material combinations. The substrate can either be glass, plastic foil, or metal foil. Generally, the cell itself consists of a back contact, a front-contact layer, and an absorber material in between. For the contacts, transparent conductive oxides (TCOs) or metals are used. Commonly used absorber materials include silicon, cadmium telluride, copper-indium di-selenide (CIS), and other combinations with copper indium, such as CIGS or CIGSSe. The layers are typically up to several microns thick. In Figure 4, a thin-film solar-cell cross-section is shown. Common referencing to the laser processes includes ‘patterning 1’ or P1 for the first contact, P2 for the absorber, and P3 for the second contact.
Thin-film solar-cell scribing is, in essence, based on the different transmissivities of the film materials at the laser wavelengths used. The deposition and scribing processes are shown schematically in Figure 5. The first TCO layer deposited can be zinc oxide, tin dioxide, or indium-tin oxide. Usually, when glass is used as the substrate, scribing is done from the glass side. An example is shown in Figure 6. Silicon as the absorber material is usually scribed with a laser wavelength of 532nm. For this setup, TCO is transparent, and silicon absorbs radiation in a thin layer. Scribing of the third layer can be done using the same laser wavelength as for the absorber. In this case, the second absorption layer is also removed. This is not necessary, but it does not affect the solar-cell function either.
Figure 6. Example of TCO scribing of P1 with a diode-pumped solid-state laser at a wavelength of 1047nm.
In summary, the role of laser technology in the solar photovoltaic industry is gaining importance. Laser applications enable economic and technical feasibility of new design concepts. To achieve the required performance quality in acceptably short processing times, further technological system development is necessary. Both system and process development of newly emerging laser sources and their applications are the subject of future research at our institute.
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About Writer
Aart Schoonderbeek
Production and Systems Department
Technologies for Non-Metals Group
Laser Zentrum Hannover e.V.
Hannover, Germany
http://www.lzh.de/
Aart Schoonderbeek obtained his PhD at the Netherlands Center for Laser Research in 2005, supported by the chairs of Applied Laser Technology and of Laser Physics and Nonlinear Optics, both at the University of Twente (Netherlands). He was subsequently employed as a research scientist at the Laser Zentrum Hannover. He works on process technologies for nonmetals, concentrating on laser processing of glass and silicon.
Production and Systems Department
Technologies for Non-Metals Group
Laser Zentrum Hannover e.V.
Hannover, Germany
http://www.lzh.de/
Aart Schoonderbeek obtained his PhD at the Netherlands Center for Laser Research in 2005, supported by the chairs of Applied Laser Technology and of Laser Physics and Nonlinear Optics, both at the University of Twente (Netherlands). He was subsequently employed as a research scientist at the Laser Zentrum Hannover. He works on process technologies for nonmetals, concentrating on laser processing of glass and silicon.
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References:
1. P. Engelhart, A. Teppe, A. Merkle, R. Grischke, R. Meyer, N.-P. Harder, R. Brendel, The RISE-EWT solar cell: new approach towards simple high efficiency silicon solar cells, Proc. 15th PVSEC, pp. 802-803, 2005.
2. J. M. Gee, W. K. Schubert, P. A. Basore, Emitter wrap-through solar cell, Proc. 23rd IEEE Photovolt. Specialists Conf., pp. 265-270, 1993.
3. F. Clement, M. Lutsch, T. Kubera, M. Kasemann, W. Kwapil, C. Harmel, N. Mingirulli, D. Erath, H. Wirth, D. Biro, R. Preu, Processing and comprehensive characterisation of screen-printed mc-Si Metal Wrap Through (MWT) solar cells, Proc. 22nd EU-PVSEC, pp. 1399-1402, 2007.
4. I. Romijn, M. Lamers, A. Stassen, A. Mewe, M. Koppes, E. Kossen, A. Weeber, ASPIRE: a new industrial MWT cell technology enabling high efficiencies on thin and large mc-Si wafers, Proc. 22nd EU-PVSEC, pp. 1043-1049, 2007.
5. K. C. Heasman, A. Cole, M. Brown, S. Roberts, S. Devenport, I. Baistow, T. M. Bruton, Process development of laser grooved buried contact solar cells for use at concentration factors up to 100x, Proc. 22nd EU-PVSEC, pp. 1511-1512, 2007.
6. S. Haas, A. Gordijn, H. Stiebig, High speed laser processing for monolithical series connection of silicon thin-film modules, Progr. Photovolt., pp. 195-203, 2007. doi:10.1002/pip.792
1. P. Engelhart, A. Teppe, A. Merkle, R. Grischke, R. Meyer, N.-P. Harder, R. Brendel, The RISE-EWT solar cell: new approach towards simple high efficiency silicon solar cells, Proc. 15th PVSEC, pp. 802-803, 2005.
2. J. M. Gee, W. K. Schubert, P. A. Basore, Emitter wrap-through solar cell, Proc. 23rd IEEE Photovolt. Specialists Conf., pp. 265-270, 1993.
3. F. Clement, M. Lutsch, T. Kubera, M. Kasemann, W. Kwapil, C. Harmel, N. Mingirulli, D. Erath, H. Wirth, D. Biro, R. Preu, Processing and comprehensive characterisation of screen-printed mc-Si Metal Wrap Through (MWT) solar cells, Proc. 22nd EU-PVSEC, pp. 1399-1402, 2007.
4. I. Romijn, M. Lamers, A. Stassen, A. Mewe, M. Koppes, E. Kossen, A. Weeber, ASPIRE: a new industrial MWT cell technology enabling high efficiencies on thin and large mc-Si wafers, Proc. 22nd EU-PVSEC, pp. 1043-1049, 2007.
5. K. C. Heasman, A. Cole, M. Brown, S. Roberts, S. Devenport, I. Baistow, T. M. Bruton, Process development of laser grooved buried contact solar cells for use at concentration factors up to 100x, Proc. 22nd EU-PVSEC, pp. 1511-1512, 2007.
6. S. Haas, A. Gordijn, H. Stiebig, High speed laser processing for monolithical series connection of silicon thin-film modules, Progr. Photovolt., pp. 195-203, 2007. doi:10.1002/pip.792
A cool light bulb
簡評:
這兩個高麗棒子的研究還真不賴!
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Shawn-Yu Lin and Yong-Sung Kim
A photonic band-pass filter enclosing the filament recycles infrared emissions, reducing temperature and producing an eight-fold increase in energy efficiency.
Since the time of Thomas Edison, incandescent light bulbs have been the dominant light source for illumination. Today, incandescent bulbs still hold crucial advantages. They produce a warm white light and can be dimmed easily using inexpensive controls. They have a relatively inexpensive first-cost per lumen, a long-established infrastructure, and do not contain hazardous materials such as mercury. However, because of their relatively low energy efficiency, incandescent bulbs are being replaced rapidly in many areas. It is time to re-visit the fundamental limit of the incandescent bulb and to improve its efficiency.
Incandescent bulbs emit light in a manner closely resembling Plank's law of blackbody radiation. The law describes how a body capable of absorbing all radiation contacting it (a blackbody) will emit at a given range of wavelengths dependant on its temperature. The inefficiency inherent in an incandescent bulb is due to the fact that it emits both infrared and visible light at temperatures between 2000 and 3000K. Specifically, the infrared portion of the radiation consumes about 88% of the input electric energy and becomes wasted heat (see Figure 1). Hence, recycling infrared light into useful visible light would improve incandescent efficiency.
Figure 1. A blackbody radiation curve at T=2800K, which is a typical operating temperature of a 100W incandescent bulb. Approximately 88% of the light is emitted in the infrared region. BB: blackbody.
Recycling processes have previously been developed in the form of reflecting envelopes using either a dielectric metal film stack1,2 or a dielectric multi-layered film.3 However, for both structures the reflectance in the near-infrared region is not high enough to bounce back all the infrared light. To overcome these limitations, we employed a two-dimensional metallic photonic band gap (PBG) filter architecture to enclose the incandescent filament. The filter acts as a perfect transmitter for the useful visible light and a perfect reflector for the undesirable infrared light. The reflected light is re-absorbed which, in turn, helps to heat up the filament. This infrared recycling process has two major energy consequences. First, it reduces the amount of electricity required to maintain a hot filament and thus improves electric-to-optical conversion efficiency. Second, it reduces the thermal radiation of the bulb as infrared photons cannot escape. With this approach, the energy efficacy of an incandescent light bulb can be improved by as much as eight times. Accordingly, the cost of a million-lumen-hour is reduced to $1.00–$2.00. We used silver as the metallic material because it has a low intrinsic absorption in the visible and near infrared wavelengths. The low absorption of silver is key to simultaneously achieving a high transmittance in the visible and a high reflectance in the infrared regions. A metallic PBG filter is also more practical to use as it is robust against thermal stress at high temperatures.
Figure 2. (a) The photon recycling scheme. (b) Schematic of the 2D metallic photonic crystal where 'a' is the pitch, 'd' is the size of the air opening, 'w' is the bar width, and 'h' is the thickness. Silver is used as the metal due to its low absorption in the visible and near infrared wavelengths. rf: radius of the filter. rb: radius of the blackbody filament, here a sphere.
To illustrate the validity of our approach, we have employed an ideal system that has a spherical blackbody filament enclosed by the filter: see Figure 2(a). The maximum luminous efficacy reaches 125lm/W. The details of the calculation were reported recently.4 For general purpose illumination, not only the efficiency but also the color quality is important in evaluating a bulb. The color quality of a bulb is commonly characterized by the correlated color temperature (CCT), used to categorize color tone, and the color rendering index (CRI), which measures the ability of a bulb to reproduce the true color of objects. If the CCT is lower than 3300K the color is categorized as a warm tone, whereas if the CCT is higher than 5300K the color is categorized as a cool tone. The CCT of our incandescent bulb did not exceed 3500K, indicating the filtered light is in the desired warm range. The CRI has a range between 0 and 100, with 0 being the minimum and 100 being the maximum color rendering capability. The color rendering index of our new light bulb is calculated to be between 68 and 90, better than that of a standard fluorescent lamp with a CRI of approximately 60.
Photon recycling via a metallic PBG filter is a promising new route to creating a ‘cool’ light bulb. Our next step is to study a cylindrical filter geometry that is comparable to the commonly used tungsten-filament configuration.
We would like to acknowledge the financial support of DOE-BES under grant number DE-FG02-06ER46347
------------------------
About Writer
Shawn-Yu Lin, Yong-Sung Kim
Physics
Rensselaer Polytechnic Institute
Troy, NY
Shawn-Yu Lin is an institute constellation professor and professor of physics at Rensselaer Polytechnic Institute. His expertise is in the interaction of light with hierarchy nanostructure. He is a fellow of the American Physical Society, a fellow of the Optical Society of America, and a distinguished member-of-technical-staff at Sandia National Laboratories
Yong Sung Kim specializes in electromagnetic wave modeling of three-dimensional photonic crystal structures including finite difference time domain, dispersion calculation and transfer matrix methods.
-------------------------------------------
References:
1. J. Brett, R. Fontana, P. Walsh, S. Spura, L. Parascandola, Development of high energy-conserving incandescent lamps, J., J. Illuminating Eng. Soc. 214, pp. 93, 1980.
2. R. Fontanta, I. Goldstein, L. Thorington, R. Howson, The design, construction and performance of an incandescent light source with a transparent heat mirror, Lighting Tech. 18, pp. 93, 1986.
3. R. Bergman, T. Parham, Application of thin film reflecting coating technology to tungsten filament lamps, IEE Proceedings-A 140, pp. 418, 1993.
4. Y. S. Kim, S. Y. Lin, A. Chang, J. H. Lee, K. M. Ho, Analysis of photon recycling using metallic photonic crystal, J. Appl. Phys. 102, pp. 063107, 2007.doi:10.1063/1.2779271
這兩個高麗棒子的研究還真不賴!
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Shawn-Yu Lin and Yong-Sung Kim
A photonic band-pass filter enclosing the filament recycles infrared emissions, reducing temperature and producing an eight-fold increase in energy efficiency.
Since the time of Thomas Edison, incandescent light bulbs have been the dominant light source for illumination. Today, incandescent bulbs still hold crucial advantages. They produce a warm white light and can be dimmed easily using inexpensive controls. They have a relatively inexpensive first-cost per lumen, a long-established infrastructure, and do not contain hazardous materials such as mercury. However, because of their relatively low energy efficiency, incandescent bulbs are being replaced rapidly in many areas. It is time to re-visit the fundamental limit of the incandescent bulb and to improve its efficiency.
Incandescent bulbs emit light in a manner closely resembling Plank's law of blackbody radiation. The law describes how a body capable of absorbing all radiation contacting it (a blackbody) will emit at a given range of wavelengths dependant on its temperature. The inefficiency inherent in an incandescent bulb is due to the fact that it emits both infrared and visible light at temperatures between 2000 and 3000K. Specifically, the infrared portion of the radiation consumes about 88% of the input electric energy and becomes wasted heat (see Figure 1). Hence, recycling infrared light into useful visible light would improve incandescent efficiency.
Figure 1. A blackbody radiation curve at T=2800K, which is a typical operating temperature of a 100W incandescent bulb. Approximately 88% of the light is emitted in the infrared region. BB: blackbody.
Recycling processes have previously been developed in the form of reflecting envelopes using either a dielectric metal film stack1,2 or a dielectric multi-layered film.3 However, for both structures the reflectance in the near-infrared region is not high enough to bounce back all the infrared light. To overcome these limitations, we employed a two-dimensional metallic photonic band gap (PBG) filter architecture to enclose the incandescent filament. The filter acts as a perfect transmitter for the useful visible light and a perfect reflector for the undesirable infrared light. The reflected light is re-absorbed which, in turn, helps to heat up the filament. This infrared recycling process has two major energy consequences. First, it reduces the amount of electricity required to maintain a hot filament and thus improves electric-to-optical conversion efficiency. Second, it reduces the thermal radiation of the bulb as infrared photons cannot escape. With this approach, the energy efficacy of an incandescent light bulb can be improved by as much as eight times. Accordingly, the cost of a million-lumen-hour is reduced to $1.00–$2.00. We used silver as the metallic material because it has a low intrinsic absorption in the visible and near infrared wavelengths. The low absorption of silver is key to simultaneously achieving a high transmittance in the visible and a high reflectance in the infrared regions. A metallic PBG filter is also more practical to use as it is robust against thermal stress at high temperatures.
Figure 2. (a) The photon recycling scheme. (b) Schematic of the 2D metallic photonic crystal where 'a' is the pitch, 'd' is the size of the air opening, 'w' is the bar width, and 'h' is the thickness. Silver is used as the metal due to its low absorption in the visible and near infrared wavelengths. rf: radius of the filter. rb: radius of the blackbody filament, here a sphere.
To illustrate the validity of our approach, we have employed an ideal system that has a spherical blackbody filament enclosed by the filter: see Figure 2(a). The maximum luminous efficacy reaches 125lm/W. The details of the calculation were reported recently.4 For general purpose illumination, not only the efficiency but also the color quality is important in evaluating a bulb. The color quality of a bulb is commonly characterized by the correlated color temperature (CCT), used to categorize color tone, and the color rendering index (CRI), which measures the ability of a bulb to reproduce the true color of objects. If the CCT is lower than 3300K the color is categorized as a warm tone, whereas if the CCT is higher than 5300K the color is categorized as a cool tone. The CCT of our incandescent bulb did not exceed 3500K, indicating the filtered light is in the desired warm range. The CRI has a range between 0 and 100, with 0 being the minimum and 100 being the maximum color rendering capability. The color rendering index of our new light bulb is calculated to be between 68 and 90, better than that of a standard fluorescent lamp with a CRI of approximately 60.
Photon recycling via a metallic PBG filter is a promising new route to creating a ‘cool’ light bulb. Our next step is to study a cylindrical filter geometry that is comparable to the commonly used tungsten-filament configuration.
We would like to acknowledge the financial support of DOE-BES under grant number DE-FG02-06ER46347
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About Writer
Shawn-Yu Lin, Yong-Sung Kim
Physics
Rensselaer Polytechnic Institute
Troy, NY
Shawn-Yu Lin is an institute constellation professor and professor of physics at Rensselaer Polytechnic Institute. His expertise is in the interaction of light with hierarchy nanostructure. He is a fellow of the American Physical Society, a fellow of the Optical Society of America, and a distinguished member-of-technical-staff at Sandia National Laboratories
Yong Sung Kim specializes in electromagnetic wave modeling of three-dimensional photonic crystal structures including finite difference time domain, dispersion calculation and transfer matrix methods.
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References:
1. J. Brett, R. Fontana, P. Walsh, S. Spura, L. Parascandola, Development of high energy-conserving incandescent lamps, J., J. Illuminating Eng. Soc. 214, pp. 93, 1980.
2. R. Fontanta, I. Goldstein, L. Thorington, R. Howson, The design, construction and performance of an incandescent light source with a transparent heat mirror, Lighting Tech. 18, pp. 93, 1986.
3. R. Bergman, T. Parham, Application of thin film reflecting coating technology to tungsten filament lamps, IEE Proceedings-A 140, pp. 418, 1993.
4. Y. S. Kim, S. Y. Lin, A. Chang, J. H. Lee, K. M. Ho, Analysis of photon recycling using metallic photonic crystal, J. Appl. Phys. 102, pp. 063107, 2007.doi:10.1063/1.2779271
2008年7月27日 星期日
Self-Assembling Crystals Could Produce Better Optical Materials
Posted on: Friday, 27 June 2008, 06:02 CDT
By Shelley, Suzanne
MATERIALS Chemical engineers have developed a "self-assembling" method that could allow optical devices to be made less expensively than conventional processes, which require complex etching and other techniques common in the semiconductor industry.
The method, developed at Purdue Univ., works by positioning tiny particles onto a silicon template containing precisely spaced holes that are about one one-hundredth the width of a human hair. To produce the singlelayer structure, the engineers used Langmuir- Blodgett monolayer deposition, a standard technique used in physical chemistry, primarily to create lipid membranes for research.
The template is immersed in water in a trough-like vessel where a layer of particles has formed at the surface. As the template is pulled vertically out of the trough, the partides are pushed into the template holes by capillary force, the same phenomenon that causes water to rise to a higher level in a tube placed in a pool of water. It is critical for the particles to be spaced properly prior to the Langmuir-Blodgett deposition so that water can draw the particles into the holes in the template using capillary force, explains You-Yeon Won, an assistant professor of chemical engineering.
GA_googleFillSlotWithSize("ca-pub-5440138744487553", "News_Main_300x250", 300, 250);
The researchers have used the technique to create a "nearly perfect two-dimensional colloidal crystal," or a precisely ordered layer of particles, which is a critical step toward growing three- dimensional crystals for use in optical technologies.
"Making the first layer is very difficult, so we have taken an important step in the right direction," Won says. "Creating three- dimensional structures poses a big challenge, but I think it's feasible."
The single-layer structures might be used to form micro lenses to improve the performance of optical equipment, such as cameras and scientific instruments, or to control the color and other optical properties of materials for consumer products. More importantly, the technique could be used to create "omni-directional photonic band- gap materials," which would dramatically improve the performance of optical fibers, the researchers say. Omni-directional coatings would increase the amount of light transmitted by fiber-optics, and could possibly be used in future sensor technology and in optical computers and circuits that use light instead of electronic signals to process information.
The Purdue engineers are now investigating the creation of three- dimensional crystals from the two-dimensional structures. Currently, omni-directional materials are prohibitively expensive to manufacture.
A scanning electron microscopy photo shows a side-by-side comparison between Purdue's structure (right) and a structure that results when a template is not used. Photo courtesy of Y. Won and J. Hur.
Copyright American Institute of Chemical Engineers Jun 2008
(c) 2008 Chemical Engineering Progress. Provided by ProQuest Information and Learning. All rights Reserved.
Source: Chemical Engineering Progress
By Shelley, Suzanne
MATERIALS Chemical engineers have developed a "self-assembling" method that could allow optical devices to be made less expensively than conventional processes, which require complex etching and other techniques common in the semiconductor industry.
The method, developed at Purdue Univ., works by positioning tiny particles onto a silicon template containing precisely spaced holes that are about one one-hundredth the width of a human hair. To produce the singlelayer structure, the engineers used Langmuir- Blodgett monolayer deposition, a standard technique used in physical chemistry, primarily to create lipid membranes for research.
The template is immersed in water in a trough-like vessel where a layer of particles has formed at the surface. As the template is pulled vertically out of the trough, the partides are pushed into the template holes by capillary force, the same phenomenon that causes water to rise to a higher level in a tube placed in a pool of water. It is critical for the particles to be spaced properly prior to the Langmuir-Blodgett deposition so that water can draw the particles into the holes in the template using capillary force, explains You-Yeon Won, an assistant professor of chemical engineering.
GA_googleFillSlotWithSize("ca-pub-5440138744487553", "News_Main_300x250", 300, 250);
The researchers have used the technique to create a "nearly perfect two-dimensional colloidal crystal," or a precisely ordered layer of particles, which is a critical step toward growing three- dimensional crystals for use in optical technologies.
"Making the first layer is very difficult, so we have taken an important step in the right direction," Won says. "Creating three- dimensional structures poses a big challenge, but I think it's feasible."
The single-layer structures might be used to form micro lenses to improve the performance of optical equipment, such as cameras and scientific instruments, or to control the color and other optical properties of materials for consumer products. More importantly, the technique could be used to create "omni-directional photonic band- gap materials," which would dramatically improve the performance of optical fibers, the researchers say. Omni-directional coatings would increase the amount of light transmitted by fiber-optics, and could possibly be used in future sensor technology and in optical computers and circuits that use light instead of electronic signals to process information.
The Purdue engineers are now investigating the creation of three- dimensional crystals from the two-dimensional structures. Currently, omni-directional materials are prohibitively expensive to manufacture.
A scanning electron microscopy photo shows a side-by-side comparison between Purdue's structure (right) and a structure that results when a template is not used. Photo courtesy of Y. Won and J. Hur.
Copyright American Institute of Chemical Engineers Jun 2008
(c) 2008 Chemical Engineering Progress. Provided by ProQuest Information and Learning. All rights Reserved.
Source: Chemical Engineering Progress
2008年7月24日 星期四
美股評論：太陽能行業的烏雲
簡評：
這篇評論十分衷懇，值得細讀
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
【SmartMoney紐約7月22日訊】2008-07-22 14:12:53
Eric J. Savitz
太陽能股遭遇兩難困境。因為各種原因，太陽能正在成為熱門行業。陽光是免費的而且幾乎取之不盡；它不會產生溫室氣體；太陽能領域也沒有查韋斯和內賈德這樣的人物。樂觀人士預測，未來10到15年，美國用電的10%將來自太陽能。我們還可以想得更遠，去年《科學美國人》發表了一項計劃，美國可以在2050年之前從太陽能獲得69%的電能。
但是投資者管不了2050年那麼遠，他們所擔心的是下一個季度，眼光更長遠的也只看到2009年。就近期來講，太陽能板塊處境複雜，既有對一些關鍵市場中政府補貼看法的改變，也有即將面臨的多晶硅價格的下跌。如果你著眼長遠而且投資得當，你有可能掙大錢。但是整個過程中，情況會是複雜多變的。
2005年我們《巴倫週刊》就曾對太陽能板塊作出了分析，今天該行業顯然形勢更為嚴峻。我們當時分析的一些股票如今已經翻了三倍。如今再出現這樣的上漲可能要難一些，但是太陽能股依然潛力巨大。
利用陽光發電的想法已經產生有一個世紀了，20世紀50年代貝爾實驗室開始開發太陽能電池板。然而真正將太陽能當成化石燃料有力的競爭者，不過是近幾年的事。目前太陽能發電僅佔全球用電的1%。吸引力就在這裡：這是一個將近1萬億美元的未開發市場。Collins Stewart太陽能分析師丹-賴斯(Dan Ries)表示：“我們投資太陽能的根本原因是，如果價格能夠降下來，需求將達到驚人的高度。如果太陽能發電的成本能夠低於替代燃料，需求將比現在的產能大100倍。”
大批綠色科技風險企業瞄準太陽能行業，根據Cleantech的數據，2007年有10多億美元投資於太陽能企業的創辦。資金還在源源不斷地流入，2008年上半年已經接近10多億美元。理由很簡單，如果靠煤炭、石油和天然氣運轉的經濟能夠轉向太陽能，好處是巨大的。
轉折點將發生在達到“光伏發電平價上網”(Grid Parity)之時，即太陽能發電成本與化石燃料等傳統形式發電成本持平。現在還未達到，不過快了。在一些電力成本較高的市場，太陽能已經能夠形成成本相對較低的替代(比如8月中旬的夏威夷考艾島或7月驕陽似火的南加州)。最樂觀的看法是2010年能夠達到這一轉折點，現實一點的看法是2012年。化石燃料價格的變化也會產生巨大影響，如果煤炭和天然氣價格上升，“光伏發電平價上網”就容易達到一些。但是別忘了，太陽能不可能完全替代化石燃料，你不可能在晚上產生太陽能，而現在並無太好的儲存白天過剩能量的辦法。
太陽能行業已經在快速擴張，預計今年全球光電裝置將增長45%，達到39億瓦特，2012年到達151億瓦特。是什麼在推動這一增長？在未達到平價上網之前，仍是靠老式的政府施捨。
全球兩個最大的太陽能市場是德國和西班牙，它們加起來佔全球太陽能裝置的66%。兩個國家都實行有利的“強制光伏上網電價”(feed-in tariff)政策。德國擁有全球最大的一些太陽能電池板公司，這得感謝德國納稅人的慷慨。
全球變暖和減少對石油進口的依賴是開發太陽能很好的理由，但是靠納稅人來支持就使得這一行業在出現政治變動的時候十分脆弱。事實上，兩個主要市場的太陽能行業現在正面臨這樣的問題。
第一個就是美國，原來對太陽能裝置30%的投資稅收抵免政策今年年底到期，國會今年多次試圖進行展期都未能通過。現在行業普遍認為會有新的政策出台，但不會早於新總統就任之前。於此同時，美國的太陽能設施安裝有可能會陷於停頓。
另一個出問題的地方是西班牙，政府打算削減成本高昂的補貼額度。由於行業發展過快，給財政造成壓力，西班牙將大幅降低太陽能系統擁有者將電力出售給電網的速度，同時對新增裝置實施嚴格總量控制。
西班牙可能對太陽能補貼嚴格設限的威脅使得太陽能股大幅下挫，很多從6月初以來已經下降了20%多。上周，太陽能股再次大漲，原因是有報告稱西班牙將把補貼下限設在3億瓦特的裝置，遠遠低於原來提出的10億瓦特。美國很多州同樣在謀劃削減補貼。
美林分析師馬克-赫勒(Mark Heller)在最近一份報告中警告說，太陽能狂熱有可能失控，2007年和2008年太陽能創業公司籌集的資金均超過1998年互聯網公司的投入。赫勒警告道：“現在存在一種風險，這些公司可能對太陽能的長期前景過於樂觀，而未能考慮中期可能存在的風險，即大量政府補貼未能刺激起對太陽能的需求、同時缺乏成本競爭力。”
為什麼補貼如此重要？因為太陽能電池、模塊和系統的定價依然居高不下。這部分反映了西班牙等高補貼市場人為導致的高需求，同時也因為多晶硅長期緊缺。同樣用來生產電子電路的聚乙烯價格驚人。最近幾個月聚乙烯的現價高達每公斤450美元，而數年前還不到100美元。其實每公斤250美元，聚乙烯生產就已經是暴利了，真正的生產成本可能只有30美元/公斤。
這就使得MEMC Electronic Materials(WFR)和Wacker Chemie等聚乙烯生產商大賺特賺，並吸引了大量新的產商進來，比如韓國的DC Chemical，這家公司股價過去一年漲了三倍有餘。
既然多晶硅在太陽能電池的定價中是主導因素，聚乙烯的大量供應將使得電池板、模塊和系統的生產成本下降。事實上，2012年的合同價格已經遠遠低於2008年的價格了。
這對太陽能公司不見得是好事。到2009年，太陽能行業電池板的產能是90億瓦特，但是最樂觀的情況下需求也不會大幅超過65億瓦特。價格可能會大幅下跌。
價格下跌之後，行業的經濟學將發生改變。長期來看，補貼會消失。電池板製造商會改良設計來提高太陽能利用率，這最終會成為一個商品行業。華爾街已經弄清楚了，儘管太陽能設備增長率很高，它們只能享有中等的市盈率，更接近希捷或美光，而非谷歌和蘋果。
這篇評論十分衷懇，值得細讀
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
【SmartMoney紐約7月22日訊】2008-07-22 14:12:53
Eric J. Savitz
太陽能股遭遇兩難困境。因為各種原因，太陽能正在成為熱門行業。陽光是免費的而且幾乎取之不盡；它不會產生溫室氣體；太陽能領域也沒有查韋斯和內賈德這樣的人物。樂觀人士預測，未來10到15年，美國用電的10%將來自太陽能。我們還可以想得更遠，去年《科學美國人》發表了一項計劃，美國可以在2050年之前從太陽能獲得69%的電能。
但是投資者管不了2050年那麼遠，他們所擔心的是下一個季度，眼光更長遠的也只看到2009年。就近期來講，太陽能板塊處境複雜，既有對一些關鍵市場中政府補貼看法的改變，也有即將面臨的多晶硅價格的下跌。如果你著眼長遠而且投資得當，你有可能掙大錢。但是整個過程中，情況會是複雜多變的。
2005年我們《巴倫週刊》就曾對太陽能板塊作出了分析，今天該行業顯然形勢更為嚴峻。我們當時分析的一些股票如今已經翻了三倍。如今再出現這樣的上漲可能要難一些，但是太陽能股依然潛力巨大。
利用陽光發電的想法已經產生有一個世紀了，20世紀50年代貝爾實驗室開始開發太陽能電池板。然而真正將太陽能當成化石燃料有力的競爭者，不過是近幾年的事。目前太陽能發電僅佔全球用電的1%。吸引力就在這裡：這是一個將近1萬億美元的未開發市場。Collins Stewart太陽能分析師丹-賴斯(Dan Ries)表示：“我們投資太陽能的根本原因是，如果價格能夠降下來，需求將達到驚人的高度。如果太陽能發電的成本能夠低於替代燃料，需求將比現在的產能大100倍。”
大批綠色科技風險企業瞄準太陽能行業，根據Cleantech的數據，2007年有10多億美元投資於太陽能企業的創辦。資金還在源源不斷地流入，2008年上半年已經接近10多億美元。理由很簡單，如果靠煤炭、石油和天然氣運轉的經濟能夠轉向太陽能，好處是巨大的。
轉折點將發生在達到“光伏發電平價上網”(Grid Parity)之時，即太陽能發電成本與化石燃料等傳統形式發電成本持平。現在還未達到，不過快了。在一些電力成本較高的市場，太陽能已經能夠形成成本相對較低的替代(比如8月中旬的夏威夷考艾島或7月驕陽似火的南加州)。最樂觀的看法是2010年能夠達到這一轉折點，現實一點的看法是2012年。化石燃料價格的變化也會產生巨大影響，如果煤炭和天然氣價格上升，“光伏發電平價上網”就容易達到一些。但是別忘了，太陽能不可能完全替代化石燃料，你不可能在晚上產生太陽能，而現在並無太好的儲存白天過剩能量的辦法。
太陽能行業已經在快速擴張，預計今年全球光電裝置將增長45%，達到39億瓦特，2012年到達151億瓦特。是什麼在推動這一增長？在未達到平價上網之前，仍是靠老式的政府施捨。
全球兩個最大的太陽能市場是德國和西班牙，它們加起來佔全球太陽能裝置的66%。兩個國家都實行有利的“強制光伏上網電價”(feed-in tariff)政策。德國擁有全球最大的一些太陽能電池板公司，這得感謝德國納稅人的慷慨。
全球變暖和減少對石油進口的依賴是開發太陽能很好的理由，但是靠納稅人來支持就使得這一行業在出現政治變動的時候十分脆弱。事實上，兩個主要市場的太陽能行業現在正面臨這樣的問題。
第一個就是美國，原來對太陽能裝置30%的投資稅收抵免政策今年年底到期，國會今年多次試圖進行展期都未能通過。現在行業普遍認為會有新的政策出台，但不會早於新總統就任之前。於此同時，美國的太陽能設施安裝有可能會陷於停頓。
另一個出問題的地方是西班牙，政府打算削減成本高昂的補貼額度。由於行業發展過快，給財政造成壓力，西班牙將大幅降低太陽能系統擁有者將電力出售給電網的速度，同時對新增裝置實施嚴格總量控制。
西班牙可能對太陽能補貼嚴格設限的威脅使得太陽能股大幅下挫，很多從6月初以來已經下降了20%多。上周，太陽能股再次大漲，原因是有報告稱西班牙將把補貼下限設在3億瓦特的裝置，遠遠低於原來提出的10億瓦特。美國很多州同樣在謀劃削減補貼。
美林分析師馬克-赫勒(Mark Heller)在最近一份報告中警告說，太陽能狂熱有可能失控，2007年和2008年太陽能創業公司籌集的資金均超過1998年互聯網公司的投入。赫勒警告道：“現在存在一種風險，這些公司可能對太陽能的長期前景過於樂觀，而未能考慮中期可能存在的風險，即大量政府補貼未能刺激起對太陽能的需求、同時缺乏成本競爭力。”
為什麼補貼如此重要？因為太陽能電池、模塊和系統的定價依然居高不下。這部分反映了西班牙等高補貼市場人為導致的高需求，同時也因為多晶硅長期緊缺。同樣用來生產電子電路的聚乙烯價格驚人。最近幾個月聚乙烯的現價高達每公斤450美元，而數年前還不到100美元。其實每公斤250美元，聚乙烯生產就已經是暴利了，真正的生產成本可能只有30美元/公斤。
這就使得MEMC Electronic Materials(WFR)和Wacker Chemie等聚乙烯生產商大賺特賺，並吸引了大量新的產商進來，比如韓國的DC Chemical，這家公司股價過去一年漲了三倍有餘。
既然多晶硅在太陽能電池的定價中是主導因素，聚乙烯的大量供應將使得電池板、模塊和系統的生產成本下降。事實上，2012年的合同價格已經遠遠低於2008年的價格了。
這對太陽能公司不見得是好事。到2009年，太陽能行業電池板的產能是90億瓦特，但是最樂觀的情況下需求也不會大幅超過65億瓦特。價格可能會大幅下跌。
價格下跌之後，行業的經濟學將發生改變。長期來看，補貼會消失。電池板製造商會改良設計來提高太陽能利用率，這最終會成為一個商品行業。華爾街已經弄清楚了，儘管太陽能設備增長率很高，它們只能享有中等的市盈率，更接近希捷或美光，而非谷歌和蘋果。
2008年7月15日 星期二
新式塗料太陽能板技術提升50%能效
(R. Colin Johnson)
透過一種將有機染料塗在窗戶上，而使得新建置的太陽能板幾乎無法用肉眼察覺的「塗料太陽能板」(Paint-on solar panels)技術，據稱可望提升50%的太陽能轉換效率。
塗料太陽能板的開發者表示，由於所吸收的光線可傳至太陽能板邊緣轉換成能源，因而我們只需在太陽能板邊緣加裝主動式太陽能電池，即可降低成本。
根據美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology，MIT)的工程教授Marc Baldoat表示，太陽能收集器通常需要以鏡片或透光來追蹤太陽的位置，接著將焦點產生的熱散去。Baldoat所開發的有機染料塗層製程不需使用鏡片即可吸收光線，不會有由焦點產生熱的問題，也不需要加裝任何外部零件。
透過該項製程的太陽能板可將光源集中達40倍，而架設於邊緣的太陽能電池即可將太陽能轉換成電能。
該染料透過一塊玻璃表面吸收具有特定波長的光源，接著透過太陽能板，以不同波長將太陽能傳輸到位於邊緣的太陽能電池。由於主動式太陽能電池只需要被安裝在太陽能板邊緣，因此它們的價格將比傳統的太陽能板便宜，Baldo表示。
過去業界也曾使用過高分子塗料在太陽能板表面傳輸光線，然而MIT的技術是首次在玻璃表面塗上塗料的製程技術。具有不同染料塗層的應用使研究人員得以控制可被吸收的光波長，以及最小化太陽能傳輸到邊緣電池時的能量損耗。
塗料太陽能板的開發計畫是由MIT電子實驗室博士後研究人員Shalom Goffri以及Michael Currie、Jon Mapel和Timothy Heidel博士候選人共同參與，並由美國國家科學基金會(National Science Foundation)、MIT電子實驗室、微系統技術實驗室(Microsystems Technology Laboratories)以及軍事奈米技術研究所(Institute for Soldier Nanotechnologies)共同贊助。
<原文>
Paint-on solar panels could cut cost, boost efficiency
R. Colin Johnson EE Times (07/10/2008 2:00 H EDT)
PORTLAND, Ore. — Paint-on solar panels could boost current energy efficiency by 50 percent while making new solar panel installations virtually invisible by painting organic dyes onto windows.
By absorbing light and transporting energy to panel edges, developers of the paint-on solar panels said they could lower cost by only requiring active solar cells around a panel edges.
Solar concentrators usually have to track the sun with mirrors or light troughs, then dissipate heat building up at their focal points, according to Marc Baldoat, an engineering professor at the Massachusetts Institute of technology. His organic-dye coating process absorbs the light without mirrors, has no focal point to heat up and requires no moving parts.
Edge-mounted solar cells, where light is concentrated by as much as 40 times, then convert the energy to electricity.
The dyes absorb light across a glass panels surface in a range of wavelengths, then transport energy across the panel and re-emit it at a different wavelength in solar cells at the edges. Since active solar cells need only be mounted around the edge of these panels, they will be cheaper than traditional solar panels, Baldo claimed.
Shalom Goffri, a postdoctoral associate in MIT's Research Laboratory of Electronics also contributed to the work, along with doctoral candidates Michael Currie, Jon Mapel and Timothy Heidel.
Using dyes to transport light across a solar panel's surface has been tried before using polymers, according to the researchers. The MIT technique represents the first time it has been applied to glass. The application of several coats of different dyes allowed the researchers to control which wavelengths are absorbed, as well as minimize losses as energy is transported to the edge-mounted solar cells.
Funding for development of the paint-on solar panels was provided by the National Science Foundation, MIT's Research Laboratory of Electronics, Microsystems Technology Laboratories and the Institute for Soldier Nanotechnologies.
透過一種將有機染料塗在窗戶上，而使得新建置的太陽能板幾乎無法用肉眼察覺的「塗料太陽能板」(Paint-on solar panels)技術，據稱可望提升50%的太陽能轉換效率。
塗料太陽能板的開發者表示，由於所吸收的光線可傳至太陽能板邊緣轉換成能源，因而我們只需在太陽能板邊緣加裝主動式太陽能電池，即可降低成本。
根據美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology，MIT)的工程教授Marc Baldoat表示，太陽能收集器通常需要以鏡片或透光來追蹤太陽的位置，接著將焦點產生的熱散去。Baldoat所開發的有機染料塗層製程不需使用鏡片即可吸收光線，不會有由焦點產生熱的問題，也不需要加裝任何外部零件。
透過該項製程的太陽能板可將光源集中達40倍，而架設於邊緣的太陽能電池即可將太陽能轉換成電能。
該染料透過一塊玻璃表面吸收具有特定波長的光源，接著透過太陽能板，以不同波長將太陽能傳輸到位於邊緣的太陽能電池。由於主動式太陽能電池只需要被安裝在太陽能板邊緣，因此它們的價格將比傳統的太陽能板便宜，Baldo表示。
過去業界也曾使用過高分子塗料在太陽能板表面傳輸光線，然而MIT的技術是首次在玻璃表面塗上塗料的製程技術。具有不同染料塗層的應用使研究人員得以控制可被吸收的光波長，以及最小化太陽能傳輸到邊緣電池時的能量損耗。
塗料太陽能板的開發計畫是由MIT電子實驗室博士後研究人員Shalom Goffri以及Michael Currie、Jon Mapel和Timothy Heidel博士候選人共同參與，並由美國國家科學基金會(National Science Foundation)、MIT電子實驗室、微系統技術實驗室(Microsystems Technology Laboratories)以及軍事奈米技術研究所(Institute for Soldier Nanotechnologies)共同贊助。
<原文>
Paint-on solar panels could cut cost, boost efficiency
R. Colin Johnson EE Times (07/10/2008 2:00 H EDT)
PORTLAND, Ore. — Paint-on solar panels could boost current energy efficiency by 50 percent while making new solar panel installations virtually invisible by painting organic dyes onto windows.
By absorbing light and transporting energy to panel edges, developers of the paint-on solar panels said they could lower cost by only requiring active solar cells around a panel edges.
Solar concentrators usually have to track the sun with mirrors or light troughs, then dissipate heat building up at their focal points, according to Marc Baldoat, an engineering professor at the Massachusetts Institute of technology. His organic-dye coating process absorbs the light without mirrors, has no focal point to heat up and requires no moving parts.
Edge-mounted solar cells, where light is concentrated by as much as 40 times, then convert the energy to electricity.
The dyes absorb light across a glass panels surface in a range of wavelengths, then transport energy across the panel and re-emit it at a different wavelength in solar cells at the edges. Since active solar cells need only be mounted around the edge of these panels, they will be cheaper than traditional solar panels, Baldo claimed.
Shalom Goffri, a postdoctoral associate in MIT's Research Laboratory of Electronics also contributed to the work, along with doctoral candidates Michael Currie, Jon Mapel and Timothy Heidel.
Using dyes to transport light across a solar panel's surface has been tried before using polymers, according to the researchers. The MIT technique represents the first time it has been applied to glass. The application of several coats of different dyes allowed the researchers to control which wavelengths are absorbed, as well as minimize losses as energy is transported to the edge-mounted solar cells.
Funding for development of the paint-on solar panels was provided by the National Science Foundation, MIT's Research Laboratory of Electronics, Microsystems Technology Laboratories and the Institute for Soldier Nanotechnologies.
2008年7月6日 星期日
Shell打造全球最大太陽能面板廠
簡評：
許久沒補新文章上來，一來因為日常工作繁忙，實在無心照顧這裡；二來也是因為新聞大多大同小異，沒什麼參考價值
這份新聞不一樣，他傳達一個新的訊息，即大廠方向－－大廠已經對下一波開始佈局
下一波太陽能市場，矽缺料該是無法避免的現象，這也造就了連台塑這樣保守穩健的大廠也投資8 Billium資金打造矽甲烷(Silane)廠
發展替代Si晶片太陽電池的三代太陽電池技術也是大廠虎視眈眈的目標，所謂三代電池有DSSC(SONY目標)，有CIGS(昭和Shell)，有多接面聚光型太陽電池(一般LED磊晶廠)，有thin-film Si太陽電池(富陽光電聯相光電)等等
DSSC受限於壽命及轉換率問題，五年內難以有量產的機會；多接面聚光太陽電池直接有成本過於昂貴的考驗；thin-film Si目前的轉換效率還過低，但相對地比前兩種有機會；CIGS是長久以來討論的目標--本來，CIGS生產容易，材料相對便宜，最有可能成為下一代太陽電池主流技術，但發展至今，CIGS的機會日漸渺茫，理由主要在其中所用的銦材質(Indium)，不但是導電玻璃(ITO)主要素材，也是LED的重要材料，在Touch Panel產業越形擴張，在LED照明市場即將大開的前提下，In勢必成為接下來大為缺料的原料；更況In本來就是較為稀有的金屬，提煉殊為不易
Anyway，市場的選擇终歸會向便宜以及易取得的方向發展！
--------------------------------
蔡韋羽/黃女瑛
昭和Shell石油公司計劃在2011年投入超過1,000億日圓(約9.3億美元)，建造全球規模最大的太陽能面板廠，預估年產能可達1,000百萬瓦(MWp)，相當於1座核能廠發電量。日本經濟新聞報導指出，有鑑於日本官方提出對家庭裝設太陽能面板補助計畫，將帶動市場需求，Shell看好太陽能面板設廠計畫，將可望使該公司除石油外，多出另1個新的獲利來源。不過，該公司在消息批露後旋即否認此說法。Shell目前在宮崎縣1廠的太陽能面板廠，係採用銅、銦等金屬化合物製造，年產能為20MWp，預計2009年6月開始運作的宮崎2廠，年產能預估為60MWp。日本媒體指出，Shell預計投注1,000億日圓新設廠房，落腳地可能選在日本、歐洲、中東這3處當中的1處，該公司將在2009年決定設廠地點。
對此太陽能業者表示，Shell於2006年出售其傳統結晶矽太陽能電池產能給Solarworld，轉而投入薄膜太陽能領域，推估主要即是認為近2年結晶矽太陽能會深受多晶矽缺料之苦，進而押注較具長期發展契機的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池。以Shell身處傳統及再生能源供應者角度來看，應該是看好薄膜太陽能在太陽能發電市場最能與傳統電力抗衡的潛力，因此，才會大力發展CIGS薄膜太陽能。太陽能業者指出，目前CIGS轉換效率可區分為5吋以下小尺寸面板約18~19%，5吋以上大尺寸面板轉換效率約10%以上，日本CIGS主要生產廠除Shell，還有Honda，而國際知名CIGS廠則以Nonosolar為主，其於6月時亦宣布計劃將年產能規劃到1,000MWp。由於看好其轉換效率發展空間大，包括台灣數家太陽能業者亦於枱面下積極研發及投資，然CIGS產出良率挑戰性大，亦是多數有興趣的業者不敢在短期內大力投入的主要原因。太陽能業者認為，CIGS最重要觀察點即是2009年佔整個太陽光電市場比重為多少，確實銷售量是否與產能同步增加，就可看出CIGS是否已成功商品化。
許久沒補新文章上來，一來因為日常工作繁忙，實在無心照顧這裡；二來也是因為新聞大多大同小異，沒什麼參考價值
這份新聞不一樣，他傳達一個新的訊息，即大廠方向－－大廠已經對下一波開始佈局
下一波太陽能市場，矽缺料該是無法避免的現象，這也造就了連台塑這樣保守穩健的大廠也投資8 Billium資金打造矽甲烷(Silane)廠
發展替代Si晶片太陽電池的三代太陽電池技術也是大廠虎視眈眈的目標，所謂三代電池有DSSC(SONY目標)，有CIGS(昭和Shell)，有多接面聚光型太陽電池(一般LED磊晶廠)，有thin-film Si太陽電池(富陽光電聯相光電)等等
DSSC受限於壽命及轉換率問題，五年內難以有量產的機會；多接面聚光太陽電池直接有成本過於昂貴的考驗；thin-film Si目前的轉換效率還過低，但相對地比前兩種有機會；CIGS是長久以來討論的目標--本來，CIGS生產容易，材料相對便宜，最有可能成為下一代太陽電池主流技術，但發展至今，CIGS的機會日漸渺茫，理由主要在其中所用的銦材質(Indium)，不但是導電玻璃(ITO)主要素材，也是LED的重要材料，在Touch Panel產業越形擴張，在LED照明市場即將大開的前提下，In勢必成為接下來大為缺料的原料；更況In本來就是較為稀有的金屬，提煉殊為不易
Anyway，市場的選擇终歸會向便宜以及易取得的方向發展！
--------------------------------
蔡韋羽/黃女瑛
昭和Shell石油公司計劃在2011年投入超過1,000億日圓(約9.3億美元)，建造全球規模最大的太陽能面板廠，預估年產能可達1,000百萬瓦(MWp)，相當於1座核能廠發電量。日本經濟新聞報導指出，有鑑於日本官方提出對家庭裝設太陽能面板補助計畫，將帶動市場需求，Shell看好太陽能面板設廠計畫，將可望使該公司除石油外，多出另1個新的獲利來源。不過，該公司在消息批露後旋即否認此說法。Shell目前在宮崎縣1廠的太陽能面板廠，係採用銅、銦等金屬化合物製造，年產能為20MWp，預計2009年6月開始運作的宮崎2廠，年產能預估為60MWp。日本媒體指出，Shell預計投注1,000億日圓新設廠房，落腳地可能選在日本、歐洲、中東這3處當中的1處，該公司將在2009年決定設廠地點。
對此太陽能業者表示，Shell於2006年出售其傳統結晶矽太陽能電池產能給Solarworld，轉而投入薄膜太陽能領域，推估主要即是認為近2年結晶矽太陽能會深受多晶矽缺料之苦，進而押注較具長期發展契機的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池。以Shell身處傳統及再生能源供應者角度來看，應該是看好薄膜太陽能在太陽能發電市場最能與傳統電力抗衡的潛力，因此，才會大力發展CIGS薄膜太陽能。太陽能業者指出，目前CIGS轉換效率可區分為5吋以下小尺寸面板約18~19%，5吋以上大尺寸面板轉換效率約10%以上，日本CIGS主要生產廠除Shell，還有Honda，而國際知名CIGS廠則以Nonosolar為主，其於6月時亦宣布計劃將年產能規劃到1,000MWp。由於看好其轉換效率發展空間大，包括台灣數家太陽能業者亦於枱面下積極研發及投資，然CIGS產出良率挑戰性大，亦是多數有興趣的業者不敢在短期內大力投入的主要原因。太陽能業者認為，CIGS最重要觀察點即是2009年佔整個太陽光電市場比重為多少，確實銷售量是否與產能同步增加，就可看出CIGS是否已成功商品化。
2008年6月15日 星期日
GaN LEDs Incorporate Laser Liftoff and Photonic Crystal
by Daniel S. Burgess
Applied Physics Letters, March 27, 2006, 133514.
The material of choice for solid-state lighting solutions from the ultraviolet to the blue-green region of the spectrum has been GaN. As with all LED materials, however, the relatively high refractive index of GaN tends to result in the trapping of light in the device structure by total internal refraction, and the sapphire typically used as a growth substrate for GaN presents further trapping and thermal management issues.
With an eye on improving the external efficiency of the devices, researchers fabricated GaN LEDs using laser liftoff and the addition of a 2-D photonic crystal region. Courtesy of Aurélien David.
A team of scientists at the University of California, Santa Barbara, and at Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique in Orsay, France, has fabricated GaN LEDs that incorporate two approaches to improved light extraction: laser liftoff and photonic crystals. In laser liftoff, laser processing separates the LED structures from their growth substrate so they can be bonded to a different material with thermal, electrical and optical properties more conducive to device performance. It also is suited for use with thinning the structure to the microcavity regime, which results in the formation of resonant optical modes in the device so that interference effects cause most of the light to be emitted perpendicular to the output face. Photonic crystals in the form of two-dimensional periodic structures machined into the semiconductor stack act to diffract the guided light out of the device.
Aurélien David, a graduate researcher at both the university and the institute, characterized the work as seeking greater control of the performance of GaN LEDs. Light extraction in high-power emitters, he noted, generally is well-addressed with techniques that randomize the path of the light, such as the addition of a textured surface or the use of pyramid geometries, but these offer little control of the far-field emission pattern, which would benefit display and lighting applications. The photonic crystal LEDs, in contrast, promise to offer light-extraction efficiencies equivalent to those of the other methods but using a deterministic approach, enabling the tuning of the emission properties.
In the experiments, the scientists started with LEDs comprising InGaN quantum wells in GaN grown on sapphire. They coated the structure with gold to form what would become the lower mirror region and for flip-chip mounting onto AlN ceramic, and then removed the sapphire by liftoff using a 248-nm pulsed KrF laser.
Thinning of the newly exposed GaN buffer was performed by reactive ion-beam etching and chemical and mechanical polishing. Electron-beam lithography and another round of reactive ion-beam etching yielded a series of 250-nm-deep holes in the stack, forming a triangular-lattice photonic crystal with a lattice constant of 215 nm and a fill factor of 38 percent.
Accidental damage caused in the fabrication process resulted in a partial short and in otherwise poor electrical performance from the completed devices. Nevertheless, the investigators deduced by angle-resolved electroluminescence measurements and theoretical modeling that liftoff and thinned down LEDs incorporating a photonic crystal should display much higher external efficiencies than GaN-on-sapphire devices and offer control over the far-field pattern and directionality of emission.
Radiative loss to the lower mirror is a concern, but they suggest that material choice — such as substituting silver for the gold — and device design will mitigate this effect.
David noted that it remains an open question as to whether such advancements will make their way into commercial products, but he predicted that demonstration devices in two to three years could display comparable performance to that of contemporary high-power LEDs.
Aurélien David, a graduate researcher at both the university and the institute, characterized the work as seeking greater control of the performance of GaN LEDs. Light extraction in high-power emitters, he noted, generally is well-addressed with techniques that randomize the path of the light, such as the addition of a textured surface or the use of pyramid geometries, but these offer little control of the far-field emission pattern, which would benefit display and lighting applications. The photonic crystal LEDs, in contrast, promise to offer light-extraction efficiencies equivalent to those of the other methods but using a deterministic approach, enabling the tuning of the emission properties.
In the experiments, the scientists started with LEDs comprising InGaN quantum wells in GaN grown on sapphire. They coated the structure with gold to form what would become the lower mirror region and for flip-chip mounting onto AlN ceramic, and then removed the sapphire by liftoff using a 248-nm pulsed KrF laser.
Thinning of the newly exposed GaN buffer was performed by reactive ion-beam etching and chemical and mechanical polishing. Electron-beam lithography and another round of reactive ion-beam etching yielded a series of 250-nm-deep holes in the stack, forming a triangular-lattice photonic crystal with a lattice constant of 215 nm and a fill factor of 38 percent.
Accidental damage caused in the fabrication process resulted in a partial short and in otherwise poor electrical performance from the completed devices. Nevertheless, the investigators deduced by angle-resolved electroluminescence measurements and theoretical modeling that liftoff and thinned down LEDs incorporating a photonic crystal should display much higher external efficiencies than GaN-on-sapphire devices and offer control over the far-field pattern and directionality of emission.
Radiative loss to the lower mirror is a concern, but they suggest that material choice — such as substituting silver for the gold — and device design will mitigate this effect.
David noted that it remains an open question as to whether such advancements will make their way into commercial products, but he predicted that demonstration devices in two to three years could display comparable performance to that of contemporary high-power LEDs.
Applied Physics Letters, March 27, 2006, 133514.
2008年6月6日 星期五
透過量子態量測 科學家發現冷卻晶片的新方法
在連續量測的過程中，科學家總是得想盡辦法不干涉量子態(quantum states)的連貫性；而近來以色列和德國的科學家展開合作打破了以上的規則。他們打算透過對量子態的量測來控制熱力學(thermodynamics，即溫度)和熱力學函數──熵(entropy)。
科學家們聲稱，在一個二能級量子系統(two-level quantum systems)中──就像那些用於描述量子位元(q-bits)的系統──可透過對量子系統的量測頻率來控制溫度和熵；並因此可望實現新一代的冷卻方案，以快速沉降(instant-settling)原子、分子和固態元件。
這些來自以色列魏茲曼科學研究所(Weizmann Institute)和德國波茨坦大學(Potsdam University)的科學家們聲稱，控制熱力學和熵的常數，是用於量測其量子態的頻率。透過採用這種方式可以在更短時間內實現冷卻和量子態淨化(purification)，速度較透過控制迴路(control loop)實現熱平衡、冷卻或回饋要快很多。
與德國波茨坦大學的研究員Mathias Nest共同展開研究的魏茲曼科學研究所教授Gershon Kurizki、博士後研究員Noam Erez和博士候選人Goren Gordon表示，進行量子量測是侵入性的，典型的量測不會干擾被量測中的系統，但若某個量子系統正進行某項特定量測，則該系統與其他特定系統的耦合(coupling)，會暫時受到此量測的影響。
這些科學家表示，量子力學的特性可用以做為一種新的晶片級冷卻和量子運算方法。工程師們通常根據冷卻晶片所需散熱器(heat sink)的尺寸來計算熱量損失。而研究人員稱，超快速的量測會加速或延緩熱效應，因而使之與散熱器的尺寸無關。透過調節光學溫度量測的速率，研究人員發現溫度本身也是可以被調節的。
研究人員稱，採用連續量測還可以改變系統熵或下降時間(relaxation time)──即下降到最低能量態的所需時間。透過調整系統熵，未來的量子電腦可更快地達到中間結果(intermediate results)的沉降，各個運算之間的復原(resetting)時間也將加速。
(參考原文：Measuring quantum states could yield new chip-cooling scheme)
(R. Colin Johnson)
-----------------------------------------
原文
Measuring quantum states could yield new chip-cooling scheme
R. Colin JohnsonEE Times (06/03/2008 10:03 H EDT)
PORTLAND, Ore. — Scientists take great pains not to disturb the coherence of quantum states through constant measurements. Israeli and German scientists recently collaborated to turn this technique on its head, using the measurement of quantum states to control thermodynamics (temperature) and entropy (settling).
The scientists claim that in two-level quantum systems--like those used to represent quantum bits (q-bits)--the frequency used to measure them controls both temperature and entropy. The approach could enable novel cooling schemes as well as instant-settling for atomic, molecular and solid-state devices.
The scientists at the Weizmann Institute (Rehovot, Israel) and Potsdam University in Germany claim that the constant that controls thermodynamics and entropy is the frequency used to measure their quantum states. Both cooling and state purification, they claim, can be made to occur much more quickly than the normal time typically needed to achieve thermal equilibrium, cooling or feedback around a control loop.
Quantum measurements are intrusive, according to professor Gershon Kurizki, postdoctoral fellow Noam Erez and doctoral candidate Goren Gordon at the Wiesmann Institute. They worked in cooperation with researcher Mathias Nest at Potsdam University.
Classical measurements do not interfere with the system being measured. When a specific measurement is made in a quantum system, however, the coupling to other specific systems is temporarily interrupted by the measurement.
This odd characteristic of quantum mechanics can be harnessed, according to these scientists, as a new method of chip-scale cooling and quantum computing. Engineers usually measure heat loss in terms of the size of the heat sink needed to cool a chip. But the researchers claim that ultra-fast measurements can speed up or slow down thermal effects independent of the size of the heat sink.
By adjusting the rate at which optical temperature measurements were made, the researchers found that the temperature itself could be adjusted.
Taking frequent measurements also changed the system entropy or relaxation time--the time needed to reach the lowest energy state. By adjusting system entropy, future quantum computers could tilt toward faster settling of intermediate results and faster resetting between calculations, the researchers said.
科學家們聲稱，在一個二能級量子系統(two-level quantum systems)中──就像那些用於描述量子位元(q-bits)的系統──可透過對量子系統的量測頻率來控制溫度和熵；並因此可望實現新一代的冷卻方案，以快速沉降(instant-settling)原子、分子和固態元件。
這些來自以色列魏茲曼科學研究所(Weizmann Institute)和德國波茨坦大學(Potsdam University)的科學家們聲稱，控制熱力學和熵的常數，是用於量測其量子態的頻率。透過採用這種方式可以在更短時間內實現冷卻和量子態淨化(purification)，速度較透過控制迴路(control loop)實現熱平衡、冷卻或回饋要快很多。
與德國波茨坦大學的研究員Mathias Nest共同展開研究的魏茲曼科學研究所教授Gershon Kurizki、博士後研究員Noam Erez和博士候選人Goren Gordon表示，進行量子量測是侵入性的，典型的量測不會干擾被量測中的系統，但若某個量子系統正進行某項特定量測，則該系統與其他特定系統的耦合(coupling)，會暫時受到此量測的影響。
這些科學家表示，量子力學的特性可用以做為一種新的晶片級冷卻和量子運算方法。工程師們通常根據冷卻晶片所需散熱器(heat sink)的尺寸來計算熱量損失。而研究人員稱，超快速的量測會加速或延緩熱效應，因而使之與散熱器的尺寸無關。透過調節光學溫度量測的速率，研究人員發現溫度本身也是可以被調節的。
研究人員稱，採用連續量測還可以改變系統熵或下降時間(relaxation time)──即下降到最低能量態的所需時間。透過調整系統熵，未來的量子電腦可更快地達到中間結果(intermediate results)的沉降，各個運算之間的復原(resetting)時間也將加速。
(參考原文：Measuring quantum states could yield new chip-cooling scheme)
(R. Colin Johnson)
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原文
Measuring quantum states could yield new chip-cooling scheme
R. Colin JohnsonEE Times (06/03/2008 10:03 H EDT)
PORTLAND, Ore. — Scientists take great pains not to disturb the coherence of quantum states through constant measurements. Israeli and German scientists recently collaborated to turn this technique on its head, using the measurement of quantum states to control thermodynamics (temperature) and entropy (settling).
The scientists claim that in two-level quantum systems--like those used to represent quantum bits (q-bits)--the frequency used to measure them controls both temperature and entropy. The approach could enable novel cooling schemes as well as instant-settling for atomic, molecular and solid-state devices.
The scientists at the Weizmann Institute (Rehovot, Israel) and Potsdam University in Germany claim that the constant that controls thermodynamics and entropy is the frequency used to measure their quantum states. Both cooling and state purification, they claim, can be made to occur much more quickly than the normal time typically needed to achieve thermal equilibrium, cooling or feedback around a control loop.
Quantum measurements are intrusive, according to professor Gershon Kurizki, postdoctoral fellow Noam Erez and doctoral candidate Goren Gordon at the Wiesmann Institute. They worked in cooperation with researcher Mathias Nest at Potsdam University.
Classical measurements do not interfere with the system being measured. When a specific measurement is made in a quantum system, however, the coupling to other specific systems is temporarily interrupted by the measurement.
This odd characteristic of quantum mechanics can be harnessed, according to these scientists, as a new method of chip-scale cooling and quantum computing. Engineers usually measure heat loss in terms of the size of the heat sink needed to cool a chip. But the researchers claim that ultra-fast measurements can speed up or slow down thermal effects independent of the size of the heat sink.
By adjusting the rate at which optical temperature measurements were made, the researchers found that the temperature itself could be adjusted.
Taking frequent measurements also changed the system entropy or relaxation time--the time needed to reach the lowest energy state. By adjusting system entropy, future quantum computers could tilt toward faster settling of intermediate results and faster resetting between calculations, the researchers said.
研究新發現：離子風可大幅提升晶片散熱效率
美國普渡大學(Purdue University)的研究發現，正如離子雨(ionic rain)可以用來灌溉奈米碳管欉(forest of nanotubes)，離子風(ionic winds)也可以用來冷卻晶片表面。
普渡大學表示，利用離子風來加速高壓電極間的增壓空氣，可以將晶片的散熱效率提高250%；該校在英特爾(Intel)的贊助下製作了一個晶片大小的離子風引擎原型，並透過抵抗“防滑(no-slip)”效應而產生散熱效果。所謂的防滑效應會讓距離晶片表面最近的空氣分子保持相對固定狀態。
該離子風引擎原型是由位於晶片背面兩邊的兩個高壓電極所組成；透過在兩個電極之間放置上千個電壓電位(voltage potential)，空氣分子就會被充滿且在晶片表面產生離子風。
通常氣流中的防滑效應會讓接近表面的空氣分子保持穩定，並因此抑制了熱量的傳遞。不過如果離子風引擎能在晶片背面整合成陣列，使接近晶片表面的空氣不再維持固定，就能將一般的冷卻風扇效率提高兩倍以上。
普渡大學電子工程系教授Suresh Garimella表示，該研究團隊達成了改善250%的熱傳導效率，不過接下來的挑戰是要在較低的電壓之下達成散熱的改善，且確保電極的設計夠堅固。
在原型展示中，晶片兩面佈滿了間距10mm的微小電極，並在這些電極上通入數千伏特的電壓。正電極是一根穿越整個晶片正極面的線，而數個負電極則產生電子來給晶片另一面的空氣增壓。在這些測試中，一個採用傳統風扇可以冷卻到華氏140度的晶片，採用離子風引擎可以冷卻到華氏95度。
為了消除對高電壓的需求，研究人員希望能夠將正極和負極間的距離從數mm縮小到數微米(micron)，進而降低所需電壓，並透過採用帶不同電壓梯度的陣列來進行補充，而不是只採用一個寬範圍的電壓。
普渡大學已經在美國國家科學基金會(NSF)的贊助下花費多年時間研發離子風技術。研究人員估計，他們可在兩年內開發出一個工作電壓更低且電極陣列設計更耐用的新原型。
普渡大學表示，利用離子風來加速高壓電極間的增壓空氣，可以將晶片的散熱效率提高250%；該校在英特爾(Intel)的贊助下製作了一個晶片大小的離子風引擎原型，並透過抵抗“防滑(no-slip)”效應而產生散熱效果。所謂的防滑效應會讓距離晶片表面最近的空氣分子保持相對固定狀態。
該離子風引擎原型是由位於晶片背面兩邊的兩個高壓電極所組成；透過在兩個電極之間放置上千個電壓電位(voltage potential)，空氣分子就會被充滿且在晶片表面產生離子風。
通常氣流中的防滑效應會讓接近表面的空氣分子保持穩定，並因此抑制了熱量的傳遞。不過如果離子風引擎能在晶片背面整合成陣列，使接近晶片表面的空氣不再維持固定，就能將一般的冷卻風扇效率提高兩倍以上。
普渡大學電子工程系教授Suresh Garimella表示，該研究團隊達成了改善250%的熱傳導效率，不過接下來的挑戰是要在較低的電壓之下達成散熱的改善，且確保電極的設計夠堅固。
在原型展示中，晶片兩面佈滿了間距10mm的微小電極，並在這些電極上通入數千伏特的電壓。正電極是一根穿越整個晶片正極面的線，而數個負電極則產生電子來給晶片另一面的空氣增壓。在這些測試中，一個採用傳統風扇可以冷卻到華氏140度的晶片，採用離子風引擎可以冷卻到華氏95度。
為了消除對高電壓的需求，研究人員希望能夠將正極和負極間的距離從數mm縮小到數微米(micron)，進而降低所需電壓，並透過採用帶不同電壓梯度的陣列來進行補充，而不是只採用一個寬範圍的電壓。
普渡大學已經在美國國家科學基金會(NSF)的贊助下花費多年時間研發離子風技術。研究人員估計，他們可在兩年內開發出一個工作電壓更低且電極陣列設計更耐用的新原型。
2008年6月3日 星期二
全球太陽能產業及供需情況分析
經濟日報 編譯莊雅婷、于倩若
2008-06-03
金融時報報導，太陽能產業正面臨價格暴跌的危機，可能使這個前景看好的再生能源領域重新洗牌。不過產業分析師與官員認為，價格重挫有助於推廣太陽能技術，進而帶動整體銷售。
太陽能板產能激增，市場將首度出現供過於求的現象，外界預期價格可能重挫。此外，關鍵市場的政府對太陽能科技的補貼政策不明，也會影響價格。
Ambrian公司分析師庫柏表示，全球太陽能模組去年的產能僅3GW（10億瓦），估計2010年時將成長到15億至20GW，且多數由中國貢獻。屆時太陽能組件的價格，將從目前的每瓦3.8美元降至1.4美元，太陽能產業半年內可能掀起整併風潮，使小公司淪為大企業的犧牲品。
不過庫柏認為，價格便宜也有好處，因為太陽能組件的高生產成本，向來是阻礙銷售成長的原因。近年來矽供應短缺，情況更是雪上加霜。
Lux研究公司預估，未來五年太陽能產業的整體營收將激增逾三倍至710億美元，但毛利則會下滑。
新能源財務公司（New Energy Finance）資深合夥人崔斯（Jenny Chase）說，已開發國家補貼的太陽能模組市場，規模擴張的速度不如產量，「我們預期2009年下半年會出現產能過剩，模組產量將因此倍增，但接受政府補貼的市場並未同步擴張。」
德國的太陽能市場規模居全球之冠，負責供應全世界近半數需求，但德國已打算明年起減少7%的補貼額。花旗分析師阿庫里說：「補貼減少與供應壓力，將帶來雙重衝擊。」
專精替代能源的Chrysalix創投公司總經理麥加利（Richard MacKellar）認為，這種情況不會損害太陽能的長期展望，但可能造成市場短期大幅波動。
德削減補貼太陽能 業界罩烏雲
德國是全球最大的太陽能面板市場，太陽能業產值達88億美元，德國太陽能之所以能蓬勃發展，全仰賴政府提供補貼，但現在德國政府正大幅削減補貼，恐衝擊太陽能產業。
德國家庭與企業每生產1度太陽能，最高可獲政府補貼47歐分（0.74美元）。47歐分是一般電費的兩倍，足夠運轉吸塵器60分鐘。西班牙和法國正仿效德國的做法，以推廣清潔能源，減少對石化燃料的依賴，並減少排放造成全球暖化的廢氣。
近九年的價格補貼已使德國躍居最大的太陽能板市場，有17家太陽能公司掛牌交易，員工約4萬人，比2000年多13倍。Q電池公司（Q Cells）與全球太陽能（Solarworld）等業者認為政府削減補貼將傷害獲利，並阻礙太陽能技術發展。
全球最大太陽能電池製造商Q電池執行長米爾納（Anton Milner）說：「這將對利潤構成龐大壓力，很多規模較小的德國企業將被迫退出市場，政府現在就提議削減補貼，顯然太早。」
據總部位在柏林的太陽能經濟聯邦協會（Bundesverband Solarwirtschaft）的資料，德國已設置約150萬套太陽能系統，包括50萬具太陽光電模組。該協會會長庫爾尼西（Carsten Koernig）說，雖然德國因地處北歐陽光較少，但太陽具備生產四分之一德國所需電力的潛力。
九年前德國每度太陽能可補貼1歐元，並從當時起逐年減少5%的補貼，以刺激產業控制支出，並改善效率。德國環境部提議將明年的削減幅度擴大至9.1%，有些國會議員甚至要求減少30%的補貼。再生能源遊說團體說，德國政府最快可能在本周(6月2～6日)做出決定。
柏林智庫德國經濟研究所（DIW）首席能源經濟學家坎菲爾特（Claudia Kemfert）說：「德國消費者每年多支付50億歐元補貼再生能源，所以降低補貼很有道理，這將使業者承擔更多降低成本的壓力。」
2008年5月29日 星期四
三大上游磊晶廠的產能和股東結構分析
經濟日報 記者詹惠珠
2008-05-28
發光二極體（LED）應用面擴大，上游磊晶廠身價看漲，市場傳出韓國面板廠將以私募方式入股璨圓（3061），深圳最大中小尺寸模組廠偉志，也將以現增方式入股璨圓。
億光（2393）則以認購可轉債的方式入股廣鎵，繼晶電之後再投資上游磊晶廠，對未來搶料源的布局企圖相當明顯。
全球前五大LED廠在美國CREE跨入下游LED封裝後，已沒有一家是純粹的磊晶廠，使磊晶廠身價看漲，加上LED上游布滿專利網，進入障礙又高，不少下游應用廠都以入股方式卡位磊晶廠。
今年璨圓和廣鎵辦理籌資，也引發多方人馬的積極卡位戰。
各大廠去年卡位晶電的戰役已經落幕，今年重頭戲轉到璨圓。璨圓日前董事會通過將辦理10億元的現金增資與不超過5,000萬股的私募。
據透露，目前有多家面板廠與璨圓接觸，除了先前有意參與的瀚宇彩晶外，投資東貝的華映也有意願。
不過，最出乎意料之外的是韓國的面板廠也加入了競逐入股行列。
熟悉內情的人透露，目前璨圓很困擾，因為女兒只有一個，只能選一個女婿，。
同時更有港商開始悄悄買進璨圓，據了解，香港偉志電子一方面在市場買進璨圓，另一方面也要參與璨圓的現增，偉志是珠江三角洲最大的LED背光源廠，長期以來與璨圓關係密切，是璨圓的前三大客戶。
晶電董事長李秉傑表示，在全球前五大LED廠都進行垂直整合下，卻有近萬家的封裝廠，晶電是唯一有大量生產能力的上游磊晶廠，在LED產業有相當不錯的戰略地位。
據了解，目前聯電、萬海、億光對晶電都採取「只進不出」的策略。聯電高層透露，未來不排除會再增加持股，成為第一大股東。
廣鎵近期也發行國內第一次無擔保轉換公司債14億元，轉換價格40元，溢價率115%，分析即使晶電當時發行可轉債時的溢價率也只有7%，顯示廣鎵相當搶手。
億光去年曾經著眼於未來中高階晶粒會缺貨，因此積極地尋找策略聯盟夥伴，由於億光與廣鎵的大股東裕隆集團關係密切，因此一度要入股廣鎵，但是後來因廣鎵價格飆漲到50元以上而破局。
今年廣鎵可轉債捲土重來，億光董事長葉寅夫說，廣鎵狀況還不錯，但對於被詢問是否買進？葉寅夫的回應是：「你怎麼知道？」
新聞分析》上游磊晶廠 鑽石級身價
發光二極體（LED）上游磊晶龍頭廠晶電第一季每股純益只有0.25元，但股價卻一度站上百元價位，代表市場長期以來給晶電較高的本益比，再分析美國LED磊晶大廠CREE本益比動輒逾30倍，台積電更耗資4,000萬美元入股不賺錢的美國LED廠Bridelux，均凸顯在LED產業中上游磊晶廠鑽石般的身價。
全球前五大磊晶廠目前都在進行垂直整合，市場上純磊晶大廠只有晶電，使晶電身價歷久不衰。
今年營運轉強的璨圓，目前已是國內磊晶廠的二哥，多家系統廠爭相入股，連韓國廠家也十分覬覦。甚至連未上市的廣鎵，股本不到20億元，發行14億元的可轉換公司債，也讓各廠卡位戰的戲碼處處可見。
台積電執行長蔡力行在日前法說會時曾指出，LED是一個陷阱很多的產業，最大問題就是專利，蔡力行一語道破了磊晶廠的價值，LED上游磊晶專利布下天羅地網，台積電從投資到自己要投入LED，還有很長的路要走。
以晶電為例，晶電擁有的專利高達800多項，目前積極擴入LED照明的台達電也明白表示，上游磊晶牽涉專利甚廣，台達電不會親自去籌設LED上游磊晶廠，傾向以入股方式達到穩定料源的目的。
分析蓋一座LED磊晶廠，包括無塵室、產品導入、調整機台良率等，至少要一到二年，而這其間，現有磊晶廠的LED晶粒亮度會不斷提升，技術平台也會再突破，欲新加入取得門票者，最低門檻至少要二年，加上LED常態分配的產業特性，更讓提升良率曠日費時。
LED照明產業當紅 關鍵技術指標不可不知
因應全球環保潮流，LED照明產業興起，有大量科技公司投入此新興產業，但由於LED照明信賴性能標準未能即時訂定、妥為規範，導致大量產品無法通過考驗、嚴重光衰收場，主要原因是無設計理論性研究為檢視支柱，因而造成使用業主疑慮，也因此推遲產業發展時機。為LED照明解決方案供應商鑫源盛科技(Thermoking)，提供了高性能LED路燈多項元件至燈具系統的各項重要技術指標規格數據，供業界參考。
在LED晶片與封裝元件發光效率關鍵技術指標部分，鑫源盛科技表示，首要之LED晶片與封裝元件關鍵技術，美、日廠商均已量產突破發光效率100~120lm/W以上，超越傳統最高效率的HID光源(發光效率90~110lm/W)，解決目前所有燈具照度不足≧45lm/W問題，滿足道路照明壽命長光衰低符合國際標準平均照度，達25~40Lux規格與節能30~50%需求。
在LED發光效率、溫昇與壽命規格關鍵技術指標部分，檢視CREE或Osram LED等業者所公佈的數據，其晶片PN結工作溫度Tj＜85℃，方能確保工作壽命達5萬小時，且晶片PN結至本身導熱片(Tjs)溫升為ΔT＝6~15℃之間，另外LED光效率與工作溫度成反比性能特性，每升高10℃，就會導致光衰5~8%並且壽命減半的嚴重後果，與一般宣傳LED可工作於100℃壽命可達10萬小時以上的觀念相去甚遠。
在LED路燈系統熱傳散熱環境溫度關鍵技術指標部分，鑫源盛科技指出，此類燈具系統工作溫度不得高於85-10=75℃；工研院LED道路照明示範燈具規範規定，耐久性試驗環境溫度為60℃，因此路燈散熱系統溫昇必須小於ΔT≦15℃。
以該公司150W LED路燈為例，熱傳散熱系統溫昇測試低達ΔT≦12~15℃，計算其熱阻值Tr=0.08~0.1℃/W，而一般設計系統溫昇測試ΔT≒30~40℃，計算其熱阻值Tr=0.2~0.26℃/W，壽命將縮短2倍且光衰15%以上。另外以350W LED燈具測試，其散熱系統溫升仍能達成ΔT＝15℃，熱阻值Tr＝0.04℃/W。
在LED路燈系統散熱技術部份，鑫源盛科技表示，電子機器設備熱傳、散熱方法有適用於小功率低階自然散熱方法，目前如MR16/PAR30由1~70W產品，系統溫昇已高達30~40℃。若超過100~250W仍使用自然散熱方法，就如同目前市面上大部分產品，必須使用大量鋁合金材料增加導熱量和超大的熱交換面積，體積重量15~30Kg不等。
低階自然散熱的定律為使用越重越大面積的金屬材料來降低溫度，效果越好，但僅鋁合金材料成本即增加30~70美元；但若改用工業級高信賴性冷氣機空調、電腦CPU等高階大功率產品所使用之主動強制散熱方法，高效率、軍規的小風扇壽命保證5萬小時，並具備IP65防水防塵等級，經過測試，燈具系統溫昇可低達ΔT≦12~15℃，與自然散熱方法比較降溫達20℃，壽命將增加2倍且光效率亮度增加15%以上。
此外，一般LCE燈具產品設計均未考慮到落塵防護系統，必需完全防止砂塵暴、重力落塵堆積於散熱結構，以避免導致LED過熱燒毀之問題。若散熱結構朝向天面導致落塵堆積，熱累積無法發散，將可能產生LED光衰及燒毀狀況。鑫源盛科技表示，要解決以上問題，可設計採用散熱結構朝向地面來因應。
其他抗鹽霧測試等等，現有產品經戶外測試時間1萬5,000小時後，光衰＜10%、狀況良好。主幹道路照明光學設計亦可達到世界標準，即10公尺高燈桿必須平均照亮橫幅40公尺的長型路面，解決高難度光學鏡片設計，達到高寬比1:4之要求。另外核心燈芯技術模組亦達到了輕巧化，不需依賴燈殼做為散熱體，因此燈體外型設計可任意變化形狀，達成各城市美觀特色。
在LED晶片與封裝元件發光效率關鍵技術指標部分，鑫源盛科技表示，首要之LED晶片與封裝元件關鍵技術，美、日廠商均已量產突破發光效率100~120lm/W以上，超越傳統最高效率的HID光源(發光效率90~110lm/W)，解決目前所有燈具照度不足≧45lm/W問題，滿足道路照明壽命長光衰低符合國際標準平均照度，達25~40Lux規格與節能30~50%需求。
在LED發光效率、溫昇與壽命規格關鍵技術指標部分，檢視CREE或Osram LED等業者所公佈的數據，其晶片PN結工作溫度Tj＜85℃，方能確保工作壽命達5萬小時，且晶片PN結至本身導熱片(Tjs)溫升為ΔT＝6~15℃之間，另外LED光效率與工作溫度成反比性能特性，每升高10℃，就會導致光衰5~8%並且壽命減半的嚴重後果，與一般宣傳LED可工作於100℃壽命可達10萬小時以上的觀念相去甚遠。
在LED路燈系統熱傳散熱環境溫度關鍵技術指標部分，鑫源盛科技指出，此類燈具系統工作溫度不得高於85-10=75℃；工研院LED道路照明示範燈具規範規定，耐久性試驗環境溫度為60℃，因此路燈散熱系統溫昇必須小於ΔT≦15℃。
以該公司150W LED路燈為例，熱傳散熱系統溫昇測試低達ΔT≦12~15℃，計算其熱阻值Tr=0.08~0.1℃/W，而一般設計系統溫昇測試ΔT≒30~40℃，計算其熱阻值Tr=0.2~0.26℃/W，壽命將縮短2倍且光衰15%以上。另外以350W LED燈具測試，其散熱系統溫升仍能達成ΔT＝15℃，熱阻值Tr＝0.04℃/W。
在LED路燈系統散熱技術部份，鑫源盛科技表示，電子機器設備熱傳、散熱方法有適用於小功率低階自然散熱方法，目前如MR16/PAR30由1~70W產品，系統溫昇已高達30~40℃。若超過100~250W仍使用自然散熱方法，就如同目前市面上大部分產品，必須使用大量鋁合金材料增加導熱量和超大的熱交換面積，體積重量15~30Kg不等。
低階自然散熱的定律為使用越重越大面積的金屬材料來降低溫度，效果越好，但僅鋁合金材料成本即增加30~70美元；但若改用工業級高信賴性冷氣機空調、電腦CPU等高階大功率產品所使用之主動強制散熱方法，高效率、軍規的小風扇壽命保證5萬小時，並具備IP65防水防塵等級，經過測試，燈具系統溫昇可低達ΔT≦12~15℃，與自然散熱方法比較降溫達20℃，壽命將增加2倍且光效率亮度增加15%以上。
此外，一般LCE燈具產品設計均未考慮到落塵防護系統，必需完全防止砂塵暴、重力落塵堆積於散熱結構，以避免導致LED過熱燒毀之問題。若散熱結構朝向天面導致落塵堆積，熱累積無法發散，將可能產生LED光衰及燒毀狀況。鑫源盛科技表示，要解決以上問題，可設計採用散熱結構朝向地面來因應。
其他抗鹽霧測試等等，現有產品經戶外測試時間1萬5,000小時後，光衰＜10%、狀況良好。主幹道路照明光學設計亦可達到世界標準，即10公尺高燈桿必須平均照亮橫幅40公尺的長型路面，解決高難度光學鏡片設計，達到高寬比1:4之要求。另外核心燈芯技術模組亦達到了輕巧化，不需依賴燈殼做為散熱體，因此燈體外型設計可任意變化形狀，達成各城市美觀特色。
2008年5月22日 星期四
9家跨足薄膜太陽能電池公司評析
經濟日報 記者詹惠珠、何易霖
電（2303）集團轉投資的薄膜太陽能電池廠聯相光電21日舉行開幕典禮，聯電榮譽副董事長宣明智表示，聯相量產後，將力拚成為全球薄膜太陽能龍頭，聯電也相當看好太陽能事業前景，在聯相之後，也正積極評估跨入太陽能其他相關領域。
台灣薄膜太陽能電池勢力正逐漸萌芽，聯相21日開幕，並於前一天（20）日正式量產，象徵聯電集團在太陽能事業正式邁入商品化的第一步。
聯相主要客戶在德國、西班牙、義大利、美國以及大中華地區，目前已有十家合約客戶，估計今年產銷量可達13.5MW（百萬瓦），明年更大幅增至50到80MW的水準。業界估計，以目前每百萬瓦太陽能電池產值約1億元計算，聯相今年營收可超過10億元。
聯相是聯電集團跨入太陽能領域的試金石，原名晶能科技，成立於2005年11月，初期鎖定傳統矽晶材料領域生產太陽能電池，2007年起轉而投入薄膜領域，同時更名為聯相，並於去年與日商ULVAC購置薄膜生產機台，其位於中科后里園區廠房也在去年遷入機台，讓聯電集團勢力在中科紮根。
聯相總經理王修銘表示，聯相現階段產能為12.5MW，10月將擴充至37.5MW，后里二廠預計年底完工，明年初裝機50MW並於第二季量產，而公司明年也會提升發電效率由7%拉升至9%，在逐步擴產下，預估2010年后里廠區可達到200MW的量產能力，並計劃於2014年完成1GW（千萬瓦）產能建置。
聯相董事長洪嘉聰表示，聯相目前加計已動土的二個廠房，投資額已達100億元，且近二年的產出已被客戶預定一空，未來聯相將以每年投資一座新廠的速度推進產能。聯相成立迄今仍處於虧損狀態，洪嘉聰認為，短期將先以轉虧為盈為目標，至於上市櫃計畫，目前「還不急」。
聯相資本額約13億元，聯電與欣興（3037）是兩大主要股東，持股各為34%及10%。聯相估計，今年資本支出約50億元，配合資金需求，今年會再進行增資，規模約數十億元，主要還是由原股東以及員工參與。
轉投資聯相》聯家軍 都要做老大
聯電集團積極跨入薄膜太陽能領域，轉投資的聯相光電在本土同業量產上搶得頭香，誓言要搶下全球龍頭地位。聯電集團挾其既有資源大舉進軍節能領域，勢必為全球太陽能產業帶來新氣象。
隨聯電勢力加入薄膜領域，中環轉投資的富陽光電也已完成第一片產品試產，積極邁入量產中；大同集團下的綠能薄膜生產線也正在裝機中，將生產業界最大尺寸（相當於面板8.5代大小）的產品，預計第四季量產，其他包括吉祥全轉投資的旭能光電等，ㄆ也正積極加快腳步架設生產線，隨這些業者勢力逐漸壯大，台灣太陽能電池業，也將邁入嶄新的一頁。
聯電集團過去布局都有其過人之處。除了聯電是台灣最早成立的半導體廠外，過去轉投資的聯友光電，在與達碁合併成為友達後，目前已是全球面板業的重量級業者。
此外，聯家軍的聯發科、聯詠、智原等，也都是IC設計業中的佼佼者；聯電集團也在LED領域著墨，投資上游磊晶廠晶電和下游封裝廠宏齊，目前也有相當不錯成績。
聯電集團從晶圓、IC設計、LED、面板到薄膜太陽能，都在該領域作到前三名，對於太陽能，聯電優勢在於薄膜太陽能是跨半導體和玻璃二大領域，這是聯電集團的強項。聯相總經理王修銘是半導體出身，聯相執行副總經理周國輝出身聯友光電，所以聯相具有技術優勢希望拚到世界第一。
台灣薄膜太陽能電池勢力正逐漸萌芽，聯相21日開幕，並於前一天（20）日正式量產，象徵聯電集團在太陽能事業正式邁入商品化的第一步。
聯相主要客戶在德國、西班牙、義大利、美國以及大中華地區，目前已有十家合約客戶，估計今年產銷量可達13.5MW（百萬瓦），明年更大幅增至50到80MW的水準。業界估計，以目前每百萬瓦太陽能電池產值約1億元計算，聯相今年營收可超過10億元。
聯相是聯電集團跨入太陽能領域的試金石，原名晶能科技，成立於2005年11月，初期鎖定傳統矽晶材料領域生產太陽能電池，2007年起轉而投入薄膜領域，同時更名為聯相，並於去年與日商ULVAC購置薄膜生產機台，其位於中科后里園區廠房也在去年遷入機台，讓聯電集團勢力在中科紮根。
聯相總經理王修銘表示，聯相現階段產能為12.5MW，10月將擴充至37.5MW，后里二廠預計年底完工，明年初裝機50MW並於第二季量產，而公司明年也會提升發電效率由7%拉升至9%，在逐步擴產下，預估2010年后里廠區可達到200MW的量產能力，並計劃於2014年完成1GW（千萬瓦）產能建置。
聯相董事長洪嘉聰表示，聯相目前加計已動土的二個廠房，投資額已達100億元，且近二年的產出已被客戶預定一空，未來聯相將以每年投資一座新廠的速度推進產能。聯相成立迄今仍處於虧損狀態，洪嘉聰認為，短期將先以轉虧為盈為目標，至於上市櫃計畫，目前「還不急」。
聯相資本額約13億元，聯電與欣興（3037）是兩大主要股東，持股各為34%及10%。聯相估計，今年資本支出約50億元，配合資金需求，今年會再進行增資，規模約數十億元，主要還是由原股東以及員工參與。
轉投資聯相》聯家軍 都要做老大
聯電集團積極跨入薄膜太陽能領域，轉投資的聯相光電在本土同業量產上搶得頭香，誓言要搶下全球龍頭地位。聯電集團挾其既有資源大舉進軍節能領域，勢必為全球太陽能產業帶來新氣象。
隨聯電勢力加入薄膜領域，中環轉投資的富陽光電也已完成第一片產品試產，積極邁入量產中；大同集團下的綠能薄膜生產線也正在裝機中，將生產業界最大尺寸（相當於面板8.5代大小）的產品，預計第四季量產，其他包括吉祥全轉投資的旭能光電等，ㄆ也正積極加快腳步架設生產線，隨這些業者勢力逐漸壯大，台灣太陽能電池業，也將邁入嶄新的一頁。
聯電集團過去布局都有其過人之處。除了聯電是台灣最早成立的半導體廠外，過去轉投資的聯友光電，在與達碁合併成為友達後，目前已是全球面板業的重量級業者。
此外，聯家軍的聯發科、聯詠、智原等，也都是IC設計業中的佼佼者；聯電集團也在LED領域著墨，投資上游磊晶廠晶電和下游封裝廠宏齊，目前也有相當不錯成績。
聯電集團從晶圓、IC設計、LED、面板到薄膜太陽能，都在該領域作到前三名，對於太陽能，聯電優勢在於薄膜太陽能是跨半導體和玻璃二大領域，這是聯電集團的強項。聯相總經理王修銘是半導體出身，聯相執行副總經理周國輝出身聯友光電，所以聯相具有技術優勢希望拚到世界第一。
2008年5月16日 星期五
名人講堂－崇越節能總經理顧振聲 LED照明的S曲線創新與發展趨勢
電子時報/韓青秀
談創新變革的人常常會提到S曲線(S-Curve)理論，也就是當某項應用或市場歷經蓬勃快速發展，在繁榮期之後將面臨瓶頸，來到S曲線的頂端，而下一條新的S曲線成形，與上一條是呈現不連續的質變狀態，必須透過創新與轉型才能成為贏家，若對照於照明發展演變，愛迪生發明電燈，便是一項具有破壞性的劃時代創新里程碑。
從LED產業的發展歷程來看，過去是產品應用面的創新，從傳統聖誕燈飾或紅外線可見光傳輸，2000年開始導入手機背光時，LED輝度僅達530mcd，並持續進展到中大尺寸背光應用，如今已發展出2,800mcd的水準。但從2005年開始，業界嘗試將高功率LED製作為特殊照明的投射燈飾，初期的發光效率還只有在40 lm/W以下，但此一應用已經開創了光、電、機、熱等各項技術領域的整合，促使LED從應用創新走入產品創新。
從LED產業的發展歷程來看，過去是產品應用面的創新，從傳統聖誕燈飾或紅外線可見光傳輸，2000年開始導入手機背光時，LED輝度僅達530mcd，並持續進展到中大尺寸背光應用，如今已發展出2,800mcd的水準。但從2005年開始，業界嘗試將高功率LED製作為特殊照明的投射燈飾，初期的發光效率還只有在40 lm/W以下，但此一應用已經開創了光、電、機、熱等各項技術領域的整合，促使LED從應用創新走入產品創新。
LED產業在開創照明光源應用之時，也創造了營收擴展的可能，但LED照明事業持續擴大發展，將難以避免面臨重要的關卡，那就是全球照明大廠已經布下研發專利以及品牌的限制。台灣LED產業若要持續往上走，勢必將面臨專利限制，導致只能做代工，或是進入S曲線的模式，在轉型變革過程中，選擇甘心於企業規模縮小。
根據高亮度LED市場發展來看，LED應用呈現穩定成長，2007年高亮度LED市場規模約為46億美元，其中最大應用市場在於手持式產品，約佔44%比重，顯示器看板佔17%，照明僅佔7%；估計到了2009年，市場規模將成長至68億美元，但手持式應用的比重下降至34%，原因並非該應用市場規模縮小，而是成長達到飽和以及LED亮度不斷提高、使用顆數減少所致，至於顯示器比重則成長至27%，照明比重也成長至13%。
LED整體規模並非爆量成長，但顯示器及照明2大塊卻呈現非線性成長。根據Strategies unlimited預估，顯示器應用從2005年的5億美元將大幅跳躍成長，2012年可望上看27億美元，而照明應用預計在2009年首次突破5億美元，但2012年時也將躍升逼近20億美元。
LED照明於2005年經歷初期應用階段後，業界預估2012年將進入普通照明市場，2007年LED照明規模約為3億美元，2008年將成長至4億美元，但若加計LED燈具的市場規模則高達450億美元，有趣的是，目前業界談論LED照明多半著重於白光LED，但事實上歐美國家談論的卻是R、G、B三色混光應用。
對於全球300家從事LED光源應用的業者來說，目前3~4億美元當然不夠看，寄望的是未來進入普通照明應用後的龐大市場，不過要從事LED照明應用，必須同時具有技術、金錢和耐心，當你具備3項條件時，你就可以跳進來參與此一明日之星的照明產業。
雖然LED照明被視為具有破壞性創新的應用，但現階段業界卻總想要把LED光源放到傳統燈具，進而侷限LED發展的可能性。舉個例子，如果當年福特汽車的創辦人亨利福特詢問他的客戶，對方可能會回答需要跑得更快的馬車，根本不可能想到未來需要的是創造一部用4輪跑的汽車，由於無法跳脫既有窠臼，每當LED業者問客戶，希望能生產出什麼樣的產品，客戶會回答需要亮度更高的產品，但大家卻不會想到目前LED發光效率達到75 lm/W的表現已經足夠，重點應該是要如何設計及應用才能創造更高附加價值的產品。
回溯1888年愛迪生發明第1個燈泡後，新產品的推廣重點在於如何應用，因此當時將燈泡免費贈送給具有意見領袖身分的國會議員，且使用前提是必須確定電力供應系統布建完成。如今LED照明也正值初期應用，要走入的市場不應是大賣場零售，而是政府公共部門。
不過目前LED發展照明應用還有諸多問題必須考量，同時牽涉到規範標準以及散熱、光學、電力設計，包括色溫(CT)、通量(Flux)、光形(Distribution)等，且LED光源的顏色也十分重要，如停車場採用冷白光LED光源，將可降低人們犯罪頻率。此外，LED具有指向性光源的特性，當初在台北捷運站率先採用LED燈源打光時，外觀看起來美輪美奐，但卻遭到附近住戶抗議造成生活作息不便，因此LED照明在應用及設計上勢必將面對光污染的問題。
在思考LED如何應用照明市場時，業界應該要思考LED的優勢和特點為何，目前對LED的主要迷思之一便是使用壽命長，有不少業者號稱使用長達3~5萬小時，但如今大功率LED經過驗證的最長時數僅約1萬小時，而Philips Lumileds推出的第1代LED照明產品至今運作還未超過5萬小時。人們往往容易忽略，通常帶來麻煩的並不是未來不確定的事情，而是一直被認為堅信不移，但事實上卻是錯誤的事情，業界應該要去思考的是，一項新研發的LED照明產品，要推廣的客戶群在哪裡。
舉例來說，LED光源也具備「越冷越開花」的特性，越是在低溫環境中越能發揮效率，反應速度快，相較於螢光燈應用，當溫度低於40度以下時，螢光燈效率便開始減弱，低溫照明將是LED取代螢光燈的重要開路先鋒。
LED照明的成本及發光效率將是主要的2大關鍵因素，但現階段要將LED在主照明應用的關鍵不是在於亮度，因為歐美國家在主照明產品上鮮少採用超過60 lm/W，故設計時必須先考量到當地文化特性，甚至燈具造型的重要性都勝過功能考量，一個設計笨拙的LED燈具是難以引起使用者換購興趣。
如果業界只想著要取代傳統燈泡，市面上一顆節能燈泡只要新台幣200元，台製燈泡只要100元，LED燈泡卻要高達1,000元，目前看來，路燈以及小瓦數燈泡搭配MR16崁燈將是下一波興起的商機，雖然LED照明是必然發展的趨勢，但同時也是販售一種希望，必須藉由有心人士、政府以及產業策略聯盟才能共同達成。(顧振聲口述，韓青秀整理)
根據高亮度LED市場發展來看，LED應用呈現穩定成長，2007年高亮度LED市場規模約為46億美元，其中最大應用市場在於手持式產品，約佔44%比重，顯示器看板佔17%，照明僅佔7%；估計到了2009年，市場規模將成長至68億美元，但手持式應用的比重下降至34%，原因並非該應用市場規模縮小，而是成長達到飽和以及LED亮度不斷提高、使用顆數減少所致，至於顯示器比重則成長至27%，照明比重也成長至13%。
LED整體規模並非爆量成長，但顯示器及照明2大塊卻呈現非線性成長。根據Strategies unlimited預估，顯示器應用從2005年的5億美元將大幅跳躍成長，2012年可望上看27億美元，而照明應用預計在2009年首次突破5億美元，但2012年時也將躍升逼近20億美元。
LED照明於2005年經歷初期應用階段後，業界預估2012年將進入普通照明市場，2007年LED照明規模約為3億美元，2008年將成長至4億美元，但若加計LED燈具的市場規模則高達450億美元，有趣的是，目前業界談論LED照明多半著重於白光LED，但事實上歐美國家談論的卻是R、G、B三色混光應用。
對於全球300家從事LED光源應用的業者來說，目前3~4億美元當然不夠看，寄望的是未來進入普通照明應用後的龐大市場，不過要從事LED照明應用，必須同時具有技術、金錢和耐心，當你具備3項條件時，你就可以跳進來參與此一明日之星的照明產業。
雖然LED照明被視為具有破壞性創新的應用，但現階段業界卻總想要把LED光源放到傳統燈具，進而侷限LED發展的可能性。舉個例子，如果當年福特汽車的創辦人亨利福特詢問他的客戶，對方可能會回答需要跑得更快的馬車，根本不可能想到未來需要的是創造一部用4輪跑的汽車，由於無法跳脫既有窠臼，每當LED業者問客戶，希望能生產出什麼樣的產品，客戶會回答需要亮度更高的產品，但大家卻不會想到目前LED發光效率達到75 lm/W的表現已經足夠，重點應該是要如何設計及應用才能創造更高附加價值的產品。
回溯1888年愛迪生發明第1個燈泡後，新產品的推廣重點在於如何應用，因此當時將燈泡免費贈送給具有意見領袖身分的國會議員，且使用前提是必須確定電力供應系統布建完成。如今LED照明也正值初期應用，要走入的市場不應是大賣場零售，而是政府公共部門。
不過目前LED發展照明應用還有諸多問題必須考量，同時牽涉到規範標準以及散熱、光學、電力設計，包括色溫(CT)、通量(Flux)、光形(Distribution)等，且LED光源的顏色也十分重要，如停車場採用冷白光LED光源，將可降低人們犯罪頻率。此外，LED具有指向性光源的特性，當初在台北捷運站率先採用LED燈源打光時，外觀看起來美輪美奐，但卻遭到附近住戶抗議造成生活作息不便，因此LED照明在應用及設計上勢必將面對光污染的問題。
在思考LED如何應用照明市場時，業界應該要思考LED的優勢和特點為何，目前對LED的主要迷思之一便是使用壽命長，有不少業者號稱使用長達3~5萬小時，但如今大功率LED經過驗證的最長時數僅約1萬小時，而Philips Lumileds推出的第1代LED照明產品至今運作還未超過5萬小時。人們往往容易忽略，通常帶來麻煩的並不是未來不確定的事情，而是一直被認為堅信不移，但事實上卻是錯誤的事情，業界應該要去思考的是，一項新研發的LED照明產品，要推廣的客戶群在哪裡。
舉例來說，LED光源也具備「越冷越開花」的特性，越是在低溫環境中越能發揮效率，反應速度快，相較於螢光燈應用，當溫度低於40度以下時，螢光燈效率便開始減弱，低溫照明將是LED取代螢光燈的重要開路先鋒。
LED照明的成本及發光效率將是主要的2大關鍵因素，但現階段要將LED在主照明應用的關鍵不是在於亮度，因為歐美國家在主照明產品上鮮少採用超過60 lm/W，故設計時必須先考量到當地文化特性，甚至燈具造型的重要性都勝過功能考量，一個設計笨拙的LED燈具是難以引起使用者換購興趣。
如果業界只想著要取代傳統燈泡，市面上一顆節能燈泡只要新台幣200元，台製燈泡只要100元，LED燈泡卻要高達1,000元，目前看來，路燈以及小瓦數燈泡搭配MR16崁燈將是下一波興起的商機，雖然LED照明是必然發展的趨勢，但同時也是販售一種希望，必須藉由有心人士、政府以及產業策略聯盟才能共同達成。(顧振聲口述，韓青秀整理)
顧振聲2008年擔任崇越節能系統科技行銷事業部總經理，2000年任職茂林光林副總、2004年任職華上光電照明系統事業部副總，國立臺灣大學工學士、美國壬色列理工學院機械博士畢業。
2008年5月15日 星期四
名人講堂－奈米龍總經理胡劭德 太陽能模組難單打獨鬥 唯有創造競爭優勢及垂直、水平整合才能突破重圍
電子時報/黃女瑛
就整個太陽光電產業供應鏈來看，從上游多晶矽、矽晶圓、太陽能電池、太陽能模組及終端系統，各有不同的經營及技術挑戰，但惟一需要通過國際認證的，卻只有太陽能模組，尤其目前全球主要太陽能市場以歐洲為主，要將模組行銷歐洲勢必要通過德國萊茵的TUV認證，包括IEC61215、IEC61730等，沒有這個認證在歐洲就寸步難行。
就台灣模組業者而言，台灣太陽能市場規模仍小，而美國及日本市場仍難以打入，各個台系模組廠幾乎集中在歐洲市場發展，但歐洲市場成長快速，同樣也吸引全球模組業者爭相進入，導致前往德國萊茵認證到取得認證的時間，必須耗費約1年的時間。
單以主流的6吋或5吋的單晶或多晶矽晶圓為材料做出的太陽能電池組裝成的模組，就必須要取得4個認證，約要花掉新台幣數千萬元，其中若模組有部分材料更改，也必須重新再前往測試取得更改的認證，所以相對耗時間、耗成本，相較於產業供應鏈其它環節的產品，就極少有排隊認證才得以銷售的問題。
而歐洲的客戶在購買模組產品時，除了一定要有德國萊茵實驗室的認證外，通常也會指定材料，而且較不傾向於委外的代工廠將訂單切割再分包出去，希望由信任的廠商全權製造及負責。面對目前缺料的情況來說，許多料源都必須透過各種管道取得，而且也難確保一定時間內，可以取得相當規模的量，委外運作是權宜之策，但面對歐洲客戶的下單習性，使模組廠在接單上產生相當的難度。
模組廠對供應商的議價能力薄弱
因為上游多晶矽缺料，使整個太陽能產業供應鏈都受到影響，矽晶圓廠、太陽能電池廠搶料才能夠生產，下游的模組廠同樣需要搶太陽能電池、備足電池才能生存，這幾年來，上游對下游始終都是供不應求的狀態，所以合約簽定因而盛行，模組廠面對合約同樣左右難為，沒有簽約就沒有料，沒料就無法生產，但合約簽了，必須面對未來料源降價的風險(例如2006年底，國際太陽能電池快速降價，當時握有合約的模組廠就因而吃了悶虧)，但若不簽約，卻要面臨料源價格可能持續飆高或根本買不到料的風險。
上述因素都考驗多晶矽後端業者的運作機制，不論是矽晶圓、太陽能電池或者是模組廠，層層的運作都跟簽約、取料有關，而依目前的合約來看，不論是簽多晶矽料源供應合約、矽晶圓供應合約或太陽能電池的供應合約，其實就是將潛在風險層層轉嫁下游。而目前簽的各款合約，幾乎明定需預先支付預付款，之後每月進料時再以現金支付該批尾款，資金週轉的壓力可想而知。而且模組廠對上游議價可以說是「絕對的弱勢」，一旦太陽能電池產品有損失或延遲交貨，向賣方要求退貨或求償的機率也不大。而毛利的創造恐怕也是整個產業供應鏈中屬一、屬二的低。
因為模組廠在資金的籌措上，不及矽晶圓及太陽能電池廠來得強勢，導致資金週轉的壓力相對也較大。以模組廠財務調度為例，投資新台幣1億元的模組設備，1年約可以生產24百萬瓦(MWp)的太陽能模組，約可以創造新台幣30億營收，但年度預付材料款即需6億元，每月營運週轉金約2億元，我個人認為，若公司文化難以接受高負債比、高存貨及高風險，內部衝突勢必產生。
模組廠單打獨鬥難生存 惟創造利基及垂直、水平整合才能破重圍
模組廠身處在上述的運作劣勢中，經營其實不如外界想像容易。太陽能被公認是當紅產業，所以投入者眾，包括模組領域一樣也是一窩蜂的投入，但我個人認為待料源問題解決後，整個產業也會跟著改變，模組的運作及挑戰不再單只有是否有效掌控料源，而是更深層技術、經營體質、通路布局、規模的挑戰，模組廠淘汰賽同樣可能隨之而來。
我個人認為，以目前的發展環境趨勢來看，模組廠靠單打獨鬥生存，其實已經具相當高難度，尤其是全球產業運作傾向於垂直整合，上游業者紛跨足模組、系統領域，在料源籌措上就比專業模組廠來得強勢，不但料源成本及取得有優勢，使單一的專業模組廠面臨的挑戰與日遽增，但專業模組廠要跨足上游如太陽能電池、太陽能矽晶圓甚至是多晶矽領域，難度卻又相對較高。
所以，創造本身的利基對專業模組廠是十分重要的，尤其是技術、產品區隔化，了解各個應用端的需求，事先做好專利的布局，以建材一體型太陽電池模板(Building-integrated photovoltaic；BIPV)為例，目前全球1年BIPV市場約有10MWp，它是全球眾太陽能業者最看好的應用市場之一， 隨著不同建築物結構、設計要求的特性不同，對模組及系統安裝的要求也不同，相對的挑戰度變得多樣且高，其中，隨著各類需求而創造出的設計、創意所衍生的專利，即是模組或系統廠創造區隔的方法之一。
另外，為了取得充裕的料源以維持該有的市場佔有率及防禦外來的加入者的侵略，策略聯盟顯得特別重要，不論是垂直整合或水平分工，以結合彼此的力量來壯大採購及銷售能力，進而達到共同分享市場。
模組廠的運作在整個產業供應鏈上難度高，所以需要戰戰兢兢的面對每一步，本身的營運體質也需不斷的提升才能面對各種挑戰。對我來說，從踏入模組領域開始，可以說無時不抱著戰戰兢兢的態度去面對模組的經營環境。(胡劭德口述，黃女瑛整理)
胡劭德，奈米龍總經理，為台灣太陽光電產業協會第一屆常務理事暨系統標準推動小組召集人，自1999年投入台灣太陽光電產業，在台灣從事模組製造及系統整合多年，親自參與設計及安裝的系統專案超過50個以上，國防大學法律研究所碩士、交大EMBA。
就整個太陽光電產業供應鏈來看，從上游多晶矽、矽晶圓、太陽能電池、太陽能模組及終端系統，各有不同的經營及技術挑戰，但惟一需要通過國際認證的，卻只有太陽能模組，尤其目前全球主要太陽能市場以歐洲為主，要將模組行銷歐洲勢必要通過德國萊茵的TUV認證，包括IEC61215、IEC61730等，沒有這個認證在歐洲就寸步難行。
就台灣模組業者而言，台灣太陽能市場規模仍小，而美國及日本市場仍難以打入，各個台系模組廠幾乎集中在歐洲市場發展，但歐洲市場成長快速，同樣也吸引全球模組業者爭相進入，導致前往德國萊茵認證到取得認證的時間，必須耗費約1年的時間。
單以主流的6吋或5吋的單晶或多晶矽晶圓為材料做出的太陽能電池組裝成的模組，就必須要取得4個認證，約要花掉新台幣數千萬元，其中若模組有部分材料更改，也必須重新再前往測試取得更改的認證，所以相對耗時間、耗成本，相較於產業供應鏈其它環節的產品，就極少有排隊認證才得以銷售的問題。
而歐洲的客戶在購買模組產品時，除了一定要有德國萊茵實驗室的認證外，通常也會指定材料，而且較不傾向於委外的代工廠將訂單切割再分包出去，希望由信任的廠商全權製造及負責。面對目前缺料的情況來說，許多料源都必須透過各種管道取得，而且也難確保一定時間內，可以取得相當規模的量，委外運作是權宜之策，但面對歐洲客戶的下單習性，使模組廠在接單上產生相當的難度。
模組廠對供應商的議價能力薄弱
因為上游多晶矽缺料，使整個太陽能產業供應鏈都受到影響，矽晶圓廠、太陽能電池廠搶料才能夠生產，下游的模組廠同樣需要搶太陽能電池、備足電池才能生存，這幾年來，上游對下游始終都是供不應求的狀態，所以合約簽定因而盛行，模組廠面對合約同樣左右難為，沒有簽約就沒有料，沒料就無法生產，但合約簽了，必須面對未來料源降價的風險(例如2006年底，國際太陽能電池快速降價，當時握有合約的模組廠就因而吃了悶虧)，但若不簽約，卻要面臨料源價格可能持續飆高或根本買不到料的風險。
上述因素都考驗多晶矽後端業者的運作機制，不論是矽晶圓、太陽能電池或者是模組廠，層層的運作都跟簽約、取料有關，而依目前的合約來看，不論是簽多晶矽料源供應合約、矽晶圓供應合約或太陽能電池的供應合約，其實就是將潛在風險層層轉嫁下游。而目前簽的各款合約，幾乎明定需預先支付預付款，之後每月進料時再以現金支付該批尾款，資金週轉的壓力可想而知。而且模組廠對上游議價可以說是「絕對的弱勢」，一旦太陽能電池產品有損失或延遲交貨，向賣方要求退貨或求償的機率也不大。而毛利的創造恐怕也是整個產業供應鏈中屬一、屬二的低。
因為模組廠在資金的籌措上，不及矽晶圓及太陽能電池廠來得強勢，導致資金週轉的壓力相對也較大。以模組廠財務調度為例，投資新台幣1億元的模組設備，1年約可以生產24百萬瓦(MWp)的太陽能模組，約可以創造新台幣30億營收，但年度預付材料款即需6億元，每月營運週轉金約2億元，我個人認為，若公司文化難以接受高負債比、高存貨及高風險，內部衝突勢必產生。
模組廠單打獨鬥難生存 惟創造利基及垂直、水平整合才能破重圍
模組廠身處在上述的運作劣勢中，經營其實不如外界想像容易。太陽能被公認是當紅產業，所以投入者眾，包括模組領域一樣也是一窩蜂的投入，但我個人認為待料源問題解決後，整個產業也會跟著改變，模組的運作及挑戰不再單只有是否有效掌控料源，而是更深層技術、經營體質、通路布局、規模的挑戰，模組廠淘汰賽同樣可能隨之而來。
我個人認為，以目前的發展環境趨勢來看，模組廠靠單打獨鬥生存，其實已經具相當高難度，尤其是全球產業運作傾向於垂直整合，上游業者紛跨足模組、系統領域，在料源籌措上就比專業模組廠來得強勢，不但料源成本及取得有優勢，使單一的專業模組廠面臨的挑戰與日遽增，但專業模組廠要跨足上游如太陽能電池、太陽能矽晶圓甚至是多晶矽領域，難度卻又相對較高。
所以，創造本身的利基對專業模組廠是十分重要的，尤其是技術、產品區隔化，了解各個應用端的需求，事先做好專利的布局，以建材一體型太陽電池模板(Building-integrated photovoltaic；BIPV)為例，目前全球1年BIPV市場約有10MWp，它是全球眾太陽能業者最看好的應用市場之一， 隨著不同建築物結構、設計要求的特性不同，對模組及系統安裝的要求也不同，相對的挑戰度變得多樣且高，其中，隨著各類需求而創造出的設計、創意所衍生的專利，即是模組或系統廠創造區隔的方法之一。
另外，為了取得充裕的料源以維持該有的市場佔有率及防禦外來的加入者的侵略，策略聯盟顯得特別重要，不論是垂直整合或水平分工，以結合彼此的力量來壯大採購及銷售能力，進而達到共同分享市場。
模組廠的運作在整個產業供應鏈上難度高，所以需要戰戰兢兢的面對每一步，本身的營運體質也需不斷的提升才能面對各種挑戰。對我來說，從踏入模組領域開始，可以說無時不抱著戰戰兢兢的態度去面對模組的經營環境。(胡劭德口述，黃女瑛整理)
胡劭德，奈米龍總經理，為台灣太陽光電產業協會第一屆常務理事暨系統標準推動小組召集人，自1999年投入台灣太陽光電產業，在台灣從事模組製造及系統整合多年，親自參與設計及安裝的系統專案超過50個以上，國防大學法律研究所碩士、交大EMBA。
2008年5月8日 星期四
7家跨足薄膜太陽能領域的上市櫃公司評析
經濟日報 記者李珣瑛、何易霖
2008-05-08
太陽能矽晶圓大廠綠能（3519）今（8）日將裝設第一條薄膜太陽能電池生產線，啟動台灣「薄膜太陽能元年」。由於薄膜太陽能電池製程設備與面板相近，順勢引爆產值數百億元的本土設備廠商機，台灣最大自動化設備廠盟立（2464）將率先受惠；均豪（5443）、帆宣（6196）等業者，在關鍵機台研發與代工領域也有相當發展空間。
目前已有多家本土設備廠轉進薄膜太陽能領域，其中盟立在面板自動化設備方面已取得一席之地，獲多家國內面板大廠採用，藉此優勢針對薄膜太陽能電池生產線推出「雷射畫線機」設備，單一造價便超過千萬元，正積極爭取聯相等本土薄膜太陽能電池廠訂單。盟立首季每股純益逼近1元，預期今年薄膜太陽能設備將對陸續業績有明顯營收挹注。
均豪在富爸爸友達（2409）訂單加持下，首季順利轉虧為盈，每股純益0.15元，並加強在傳統太陽能電池設備著墨，鎖定產品從製造生產到自動化設備，開發一整條的生產流程設備，傳出已獲茂矽（2342）及益通（3452）採用，以大幅縮短未來跨入薄膜太陽能設備代工認證時間。
台灣薄膜太陽能勢力正積極紮根，中環（2323）旗下富陽光電等台灣業者近期陸續裝機量產，綠能這次架設的是全球最大大單一尺寸，相當於8.5代面板規格的薄膜太陽能生產線，初期年產能30MW（百萬瓦）；聯電（2303）轉投資的聯相光電也將在月底開幕，在眾家業者陸續裝機量產後，台灣「薄膜太陽能電池大戰」將開打。
薄膜太陽能電池以玻璃為基材，與LCD製程及設備有相通之處，台灣設備業者在LCD周邊設備有深厚基礎，可望打破傳統過去傳統矽晶太陽能電池設備由外商壟斷的狀況，開始搶食規模達數百億元的設備市場。
2008年5月2日 星期五
LED高散熱技術躍進 研發新兵萬仕達LED路燈溫度控制在50度--接獲美國大廠1.6萬支120瓦LED路燈訂單
韓青秀
LED路燈市場應用起飛，不過成本以及散熱問題成為LED路燈難以擴大普及的瓶頸，在國內外大廠競相投入數10億元規模成本研究LED散熱技術時，台灣LED新兵萬仕達科技公司1日宣布，成功研發採用非主流原理的高散熱效果LED路燈，並在2008年第3季起開始出貨給美國科奇公司，預計2009年2月前完成1.6萬支LED路燈。
萬仕達總經理張家成表示，投入LED路燈研發約有3~4年，由於LED光源特性必須導出熱能，而溫度影響LED使用壽命，目前各家均針對LED路燈的散熱技術、配光均勻以及防震等項目進行突破，而業界應用材料來散熱時，往往在路燈燈罩中加裝散熱裝置，如散熱鰭片、導熱管、風扇、斷電器等，企圖使LED增溫現象緩和，但據悉，其他LED路燈的最佳散熱結果只能維持到65~70度，且維持3~6個月就可能因過熱產生光衰現象。
萬仕達指出，旗下研發的LED燈光源為單顆多晶封裝，並直接使用鈦鎂鋁合金製成的散熱材料，結合約10多種不同加溫設定的材料做成燈罩，以燈罩作為唯一散熱裝置，不需其他散熱裝置，在戶外溫度68度環境下，使LED路燈溫度維持在50度左右，達到節省成本、重量輕且散熱效果佳的成效，以同瓦數相比，較其他家業者節省約30%價格。燈具本體的散熱材質已在美國、日本、台灣、大陸申請專利。
根據SGS(瑞士通用檢驗)以及工研院認證報告指出，這套新研發的LED路燈在持續點燈加熱後，最後溫度均停留在50度左右，其中工研院實驗報告顯示，60瓦路燈在持續點亮3小時後溫度最高，在12小時之後，整體燈具的最高溫點只有49.4度。此外，中央大學光電所教授張榮森也連續測試6,000小時，且無光衰現象。
據指出，萬仕達LED路燈採用自晶電的高功率LED晶粒，從2007年10月獲得SGS散熱測試認證後，陸續有股票上市公司接洽購併及投資事宜。目前美國科奇公司經過政府4個公部門的測試後，已經向萬仕達訂購1.6萬盞用於主要幹道的120瓦LED路燈，將裝設在邁阿密的迪士尼、卡羅萊納州、拉斯維加斯等地，訂單金額約近新台幣3億元，台灣某石化企業也預訂2,000盞60瓦LED路燈，另外，大陸國營事業上海光通信也正在接洽LED路燈訂單。圖說：萬仕達科技1日舉行發表記者會，出席者包括晶電董事長李秉傑(左1)、萬仕達總經理張家成(左2)、中央大學教授張榮森(右1)等人共同點燈。韓青秀攝圖說：萬仕達將180瓦LED路燈拆解外殼燈罩，展現內部無任何散熱裝置的設計。韓青秀攝
LED路燈市場應用起飛，不過成本以及散熱問題成為LED路燈難以擴大普及的瓶頸，在國內外大廠競相投入數10億元規模成本研究LED散熱技術時，台灣LED新兵萬仕達科技公司1日宣布，成功研發採用非主流原理的高散熱效果LED路燈，並在2008年第3季起開始出貨給美國科奇公司，預計2009年2月前完成1.6萬支LED路燈。
萬仕達總經理張家成表示，投入LED路燈研發約有3~4年，由於LED光源特性必須導出熱能，而溫度影響LED使用壽命，目前各家均針對LED路燈的散熱技術、配光均勻以及防震等項目進行突破，而業界應用材料來散熱時，往往在路燈燈罩中加裝散熱裝置，如散熱鰭片、導熱管、風扇、斷電器等，企圖使LED增溫現象緩和，但據悉，其他LED路燈的最佳散熱結果只能維持到65~70度，且維持3~6個月就可能因過熱產生光衰現象。
萬仕達指出，旗下研發的LED燈光源為單顆多晶封裝，並直接使用鈦鎂鋁合金製成的散熱材料，結合約10多種不同加溫設定的材料做成燈罩，以燈罩作為唯一散熱裝置，不需其他散熱裝置，在戶外溫度68度環境下，使LED路燈溫度維持在50度左右，達到節省成本、重量輕且散熱效果佳的成效，以同瓦數相比，較其他家業者節省約30%價格。燈具本體的散熱材質已在美國、日本、台灣、大陸申請專利。
根據SGS(瑞士通用檢驗)以及工研院認證報告指出，這套新研發的LED路燈在持續點燈加熱後，最後溫度均停留在50度左右，其中工研院實驗報告顯示，60瓦路燈在持續點亮3小時後溫度最高，在12小時之後，整體燈具的最高溫點只有49.4度。此外，中央大學光電所教授張榮森也連續測試6,000小時，且無光衰現象。
據指出，萬仕達LED路燈採用自晶電的高功率LED晶粒，從2007年10月獲得SGS散熱測試認證後，陸續有股票上市公司接洽購併及投資事宜。目前美國科奇公司經過政府4個公部門的測試後，已經向萬仕達訂購1.6萬盞用於主要幹道的120瓦LED路燈，將裝設在邁阿密的迪士尼、卡羅萊納州、拉斯維加斯等地，訂單金額約近新台幣3億元，台灣某石化企業也預訂2,000盞60瓦LED路燈，另外，大陸國營事業上海光通信也正在接洽LED路燈訂單。圖說：萬仕達科技1日舉行發表記者會，出席者包括晶電董事長李秉傑(左1)、萬仕達總經理張家成(左2)、中央大學教授張榮森(右1)等人共同點燈。韓青秀攝圖說：萬仕達將180瓦LED路燈拆解外殼燈罩，展現內部無任何散熱裝置的設計。韓青秀攝
2008年5月1日 星期四
台達電：LED照明 今年發光
經濟日報昨（30）日以「LED 跳脫傳統的照明革命」為題，舉辦產業講議論壇，吸引LED相關產業人士參與，台灣飛利浦照明事業部總經理柏健生表示，今年LED燈具市場規模可望達7億歐元，但相較整體燈具市場比重仍低。台達電光電零組件事業部處長張紹雄表示，今年LED應用在照明市場開始萌芽，台達電7月開始小量出貨LED燈泡。
柏健生指出，根據研究報告指出，目前全球燈具市場規模約3,000億歐元，LED燈具今年市場商機已經達7億歐元，占整體市場比重仍低，不過未來每年將呈現三成成長，預估2010年LED燈具市場達15億歐元。
目前業界普遍認為照明應用為LED一大商機，但仍面臨許多挑戰，商機何時發酵也很難預估，柏建生表示，目前LED應用在照明上仍有發光效率跟價格問題，由於飛利浦目前包含傳統及LED燈具一應俱全，但兩者價差最多高達50、60倍之多，要突破效率及價格兩大挑戰，LED在照明上的應用才會大幅成長，有人說2012年發酵，也有人保守預估要等到2020 年。
不過整體來說，柏健生認為，目前LED應用在交通號誌、廣告看板及建築外觀成長相當快速，目前車燈及建築應用占市場比重各占30%到35%，而交通號誌則占約20%。觀察市場部分，亞洲市場對於傳統及LED燈具需求起飛都很快速，歐洲對於LED需求明顯。今年飛利浦將擴大與台灣廠商合作包含採購及釋出代工訂單，合作對象也將擴及LED照明。柏健生認為，台灣具備技術及價格優勢，沒有不擴大合作的理由，但不方便透露對象。
台達電自二到三年前開始切入LED產業，其中光電零組件事業部主攻照明市場，以部分後端組裝及燈具為主，張紹雄表示，今年7月台達電將推出一般照明燈具，考量分散光源因素，與其他業者不同，台達電採取低功率LED，由6顆LED 組成一個燈條，一個燈泡使用36顆LED，價格尚未確定，不過應該在12美元左右，相當具競爭力。
張紹雄指出，去年LED對台達電沒有營收貢獻，今年雖開始小量出貨，但對台達電來說，LED貢獻比重仍相當低，需要一到兩年耕耘才會看到成果，不過目前世界各國包含台灣、澳大利亞、美國、英國、亞洲等地均計畫以LED取代傳統燈具，預估今年LED照明市場開始萌芽，台達電將搶攻北歐等寒冷國家照明應用市場。
柏健生指出，根據研究報告指出，目前全球燈具市場規模約3,000億歐元，LED燈具今年市場商機已經達7億歐元，占整體市場比重仍低，不過未來每年將呈現三成成長，預估2010年LED燈具市場達15億歐元。
目前業界普遍認為照明應用為LED一大商機，但仍面臨許多挑戰，商機何時發酵也很難預估，柏建生表示，目前LED應用在照明上仍有發光效率跟價格問題，由於飛利浦目前包含傳統及LED燈具一應俱全，但兩者價差最多高達50、60倍之多，要突破效率及價格兩大挑戰，LED在照明上的應用才會大幅成長，有人說2012年發酵，也有人保守預估要等到2020 年。
不過整體來說，柏健生認為，目前LED應用在交通號誌、廣告看板及建築外觀成長相當快速，目前車燈及建築應用占市場比重各占30%到35%，而交通號誌則占約20%。觀察市場部分，亞洲市場對於傳統及LED燈具需求起飛都很快速，歐洲對於LED需求明顯。今年飛利浦將擴大與台灣廠商合作包含採購及釋出代工訂單，合作對象也將擴及LED照明。柏健生認為，台灣具備技術及價格優勢，沒有不擴大合作的理由，但不方便透露對象。
台達電自二到三年前開始切入LED產業，其中光電零組件事業部主攻照明市場，以部分後端組裝及燈具為主，張紹雄表示，今年7月台達電將推出一般照明燈具，考量分散光源因素，與其他業者不同，台達電採取低功率LED，由6顆LED 組成一個燈條，一個燈泡使用36顆LED，價格尚未確定，不過應該在12美元左右，相當具競爭力。
張紹雄指出，去年LED對台達電沒有營收貢獻，今年雖開始小量出貨，但對台達電來說，LED貢獻比重仍相當低，需要一到兩年耕耘才會看到成果，不過目前世界各國包含台灣、澳大利亞、美國、英國、亞洲等地均計畫以LED取代傳統燈具，預估今年LED照明市場開始萌芽，台達電將搶攻北歐等寒冷國家照明應用市場。
2008年4月22日 星期二
產業瞭望－次世代料源一旦成行 太陽能產業將豬羊變色 改走「上瘦下肥」且對薄膜也衝擊
黃女瑛 電子時報
2008年第2季太陽能矽晶圓業者成功拉出幾根冶金矽鑄成的長晶棒，開始讓市場對冶金級矽另眼相看，其間的突破不但只是冶金級矽從配料轉成主要料源，它也代表料源市場在不久的未來，可能會有重大的突破及轉折，進而影響到整個太陽光電市場的發展，當然，這些可能的改變假設前題在於，冶晶矽不只要能夠獨當一面成為主要料源，而且產量足以支撐市場需求，否則一切都只是技術突破的驚鴻一瞥想像。
冶金級矽若主導料源市場 「上肥下瘦」將快速轉成「上瘦下肥」
屬於次世代太陽能級的冶金級矽因為遲未有突破，所以近幾年來，新料源廠多數將大把的資金投入傳統西門子法，加計老字號多晶矽廠如Hemlock、REC、Tokuyama、MEMC等持續擴產，新生代如南韓DC Chemical、日本M.Setek、洛陽中硅等產能陸續開出，一般市調機構以這些業者為多晶矽料源的計算基礎，預估2009年下半缺貨的問題可望解決，2010年料源供、需的差距可望明顯改善，甚至有些研究機構不客氣的認為，2010年將有供過於求的危機。
但是這些評估方式都沒有將冶金級矽產出的納入其中，主因只要聽到冶金級矽料源，多數的業者都是搖頭，但一旦冶金級矽有突破的發展，它對整個市場的影響恐怕是前所未有的，尤其它的產出成本與現有傳統西門子法或流體床反應爐法相差甚大，由於攸關成本問題，對整個產業供應鏈的衝擊也可想而知。
成本低廉的冶金級矽若快速成為主流的料源，且量產化程度足以因應市場需求，整個太陽光電的料源市場將快速改觀，許多人捧著銀子前往現貨市場搶料的盛況將不再，換來的是買家預期心理遲不出手購買及直落的價格，而有合約料源護身的業者也將很快變成被合約綁到無法喘氣。
「上肥下瘦」將成為歷史名詞，快速改變成「上瘦下肥」的走勢，因為冶金級料源的產出需要太陽能電池業者技術相輔佐，而料源成本大量降低，代表產品普及化的程度將快速提升，應用端市場也將因而產生相當大的變化，不單只有住家太陽能發電及太陽能電力公司，其它應用市場也會因應而生，便宜的太陽能發電產品將可為取代任何需要電的產品提供電力。
而有技術支撐的電池廠才有能力有效使用便宜的冶金級料源，若技術不足也只好乖乖購買昂貴的多晶矽料源，但彼此間的成本競爭力也可想而知，電池端產業的淘汰賽也將跟著展開。
要冶金級矽料源達水準 太陽能電池廠技術是關鍵
若依目前結晶矽太陽能電池的轉換效率來看，多晶太陽能電池約15~16%，單晶太陽能電池約16~17%，而2008年第2季市場傳出利用冶金級矽做成的太陽能電池，轉換效率高達15%，其實也是出乎意料的高，要產生這樣的傑作，不單只有冶金級矽料源製造廠也包含搭配的太陽能電池廠本身的技術。
冶金級矽料源純化度約98.5%~99%，或99.999%(5個N)，不過，據太陽能長晶業者透露，冶金級矽的長晶技術其實沒有什麼特別的難的技術，反倒是太陽能電池業者的技術主宰太陽能電池的轉換效率，要利用冶金級矽做出的矽晶圓，再製成轉換效率達15%或可用的轉換效率，嚴重考驗太陽能電池業者的技術能力。
這個突破，使傳統西門子法或流體床反應爐製程產出的多晶矽料源，快速被擠往高轉換效率電池所需的料源，而低成本且約15%轉換效率的太陽能電池將由冶金級矽來取代，傳統多晶矽料源因被應用範圍不及原本預估的廣，供過於求的問題也將快速到來，料源市場的淘汰賽也將跟著快速展開。
而且值得關注的是，傳統結晶矽產品轉換效率與利用冶晶矽做出的太陽能電池轉換效率約15%相當接近，凸顯現有高純度多晶矽料源所製成的產品競爭優勢不大，相關的業者也必須利用優質料源、快速提升轉換效率來市場區隔，否則將會面臨極大的生存挑戰。
當然，冶金級矽若能達到相當的純度，但量產的能力並無法快速符合市場需求，也可以透過提高配料比例的方式，以循序漸進減低客戶端的料源成本，進而在料源市場佔據一定地位。相較於目前多晶矽主流製造的傳統西門子法，量產後每公斤合理成本約30~40美元，每公斤成本不到2美元的冶金級矽，預估會帶給料源市場相當大的衝擊。
冶金級矽若成行 薄膜太陽能市場也會受衝擊
早期市場並不看好薄膜太陽能產業的發展，主要是它的技術突破有相當的難度，尤其在轉換效率上，但因受到多晶矽料源缺乏的影響，使得新加入者紛紛投入薄膜太陽能，為的就是能跳脫找料的困難，透過資本及技術密集的突破，與結晶矽太陽能產品相抗衡。如果昂貴料源問題難以解決，薄膜出頭天的機率就會大增，這也是茂迪及益通，以往對薄膜總投以保守觀望的態度，但在近2年卻變得積極。
但冶金級矽若成行，成為太陽光電的主要料源，最該注意的是便宜料源發展後的結晶矽太陽能市場，對薄膜太陽能電池市場的衝擊，由於薄膜太陽能是因應結晶矽缺料問題而快速崛起，一旦結晶矽料源問題解決了，薄膜太陽能產品所要面對的就是沒有蜜月期的競爭。
因為冶金級矽的成本低廉，所以將導致太陽發電成本快速下降，其實也是搶了薄膜太陽能電池大量量產所被期待的優勢，而薄膜太陽能目前的轉換效率平均不到8%，比起利用冶金級矽成功做出轉換效率15%的太陽能電池來說，仍有一段相當大的技術成長空間。而薄膜太陽能設備成本是結晶矽的3~5倍，資本支出的回收期相對長，又遇到沒有價格蜜月期的市場環境，所面臨的路也是可想而知的辛苦。
此也意謂著薄膜太陽能產品必須在冶金級矽未大量量產並成為主流料源時，快速提升轉換效率及生產成本，儘管從更長期市場的角度來看，薄膜太陽能電池的量產成本競爭力仍是最具優勢的，但若讓冶金級矽的發展捷足先登，搶占高度的市場佔有率，薄膜太陽能電池的生存恐將變得汲汲可危。
2008年第2季太陽能矽晶圓業者成功拉出幾根冶金矽鑄成的長晶棒，開始讓市場對冶金級矽另眼相看，其間的突破不但只是冶金級矽從配料轉成主要料源，它也代表料源市場在不久的未來，可能會有重大的突破及轉折，進而影響到整個太陽光電市場的發展，當然，這些可能的改變假設前題在於，冶晶矽不只要能夠獨當一面成為主要料源，而且產量足以支撐市場需求，否則一切都只是技術突破的驚鴻一瞥想像。
冶金級矽若主導料源市場 「上肥下瘦」將快速轉成「上瘦下肥」
屬於次世代太陽能級的冶金級矽因為遲未有突破，所以近幾年來，新料源廠多數將大把的資金投入傳統西門子法，加計老字號多晶矽廠如Hemlock、REC、Tokuyama、MEMC等持續擴產，新生代如南韓DC Chemical、日本M.Setek、洛陽中硅等產能陸續開出，一般市調機構以這些業者為多晶矽料源的計算基礎，預估2009年下半缺貨的問題可望解決，2010年料源供、需的差距可望明顯改善，甚至有些研究機構不客氣的認為，2010年將有供過於求的危機。
但是這些評估方式都沒有將冶金級矽產出的納入其中，主因只要聽到冶金級矽料源，多數的業者都是搖頭，但一旦冶金級矽有突破的發展，它對整個市場的影響恐怕是前所未有的，尤其它的產出成本與現有傳統西門子法或流體床反應爐法相差甚大，由於攸關成本問題，對整個產業供應鏈的衝擊也可想而知。
成本低廉的冶金級矽若快速成為主流的料源，且量產化程度足以因應市場需求，整個太陽光電的料源市場將快速改觀，許多人捧著銀子前往現貨市場搶料的盛況將不再，換來的是買家預期心理遲不出手購買及直落的價格，而有合約料源護身的業者也將很快變成被合約綁到無法喘氣。
「上肥下瘦」將成為歷史名詞，快速改變成「上瘦下肥」的走勢，因為冶金級料源的產出需要太陽能電池業者技術相輔佐，而料源成本大量降低，代表產品普及化的程度將快速提升，應用端市場也將因而產生相當大的變化，不單只有住家太陽能發電及太陽能電力公司，其它應用市場也會因應而生，便宜的太陽能發電產品將可為取代任何需要電的產品提供電力。
而有技術支撐的電池廠才有能力有效使用便宜的冶金級料源，若技術不足也只好乖乖購買昂貴的多晶矽料源，但彼此間的成本競爭力也可想而知，電池端產業的淘汰賽也將跟著展開。
要冶金級矽料源達水準 太陽能電池廠技術是關鍵
若依目前結晶矽太陽能電池的轉換效率來看，多晶太陽能電池約15~16%，單晶太陽能電池約16~17%，而2008年第2季市場傳出利用冶金級矽做成的太陽能電池，轉換效率高達15%，其實也是出乎意料的高，要產生這樣的傑作，不單只有冶金級矽料源製造廠也包含搭配的太陽能電池廠本身的技術。
冶金級矽料源純化度約98.5%~99%，或99.999%(5個N)，不過，據太陽能長晶業者透露，冶金級矽的長晶技術其實沒有什麼特別的難的技術，反倒是太陽能電池業者的技術主宰太陽能電池的轉換效率，要利用冶金級矽做出的矽晶圓，再製成轉換效率達15%或可用的轉換效率，嚴重考驗太陽能電池業者的技術能力。
這個突破，使傳統西門子法或流體床反應爐製程產出的多晶矽料源，快速被擠往高轉換效率電池所需的料源，而低成本且約15%轉換效率的太陽能電池將由冶金級矽來取代，傳統多晶矽料源因被應用範圍不及原本預估的廣，供過於求的問題也將快速到來，料源市場的淘汰賽也將跟著快速展開。
而且值得關注的是，傳統結晶矽產品轉換效率與利用冶晶矽做出的太陽能電池轉換效率約15%相當接近，凸顯現有高純度多晶矽料源所製成的產品競爭優勢不大，相關的業者也必須利用優質料源、快速提升轉換效率來市場區隔，否則將會面臨極大的生存挑戰。
當然，冶金級矽若能達到相當的純度，但量產的能力並無法快速符合市場需求，也可以透過提高配料比例的方式，以循序漸進減低客戶端的料源成本，進而在料源市場佔據一定地位。相較於目前多晶矽主流製造的傳統西門子法，量產後每公斤合理成本約30~40美元，每公斤成本不到2美元的冶金級矽，預估會帶給料源市場相當大的衝擊。
冶金級矽若成行 薄膜太陽能市場也會受衝擊
早期市場並不看好薄膜太陽能產業的發展，主要是它的技術突破有相當的難度，尤其在轉換效率上，但因受到多晶矽料源缺乏的影響，使得新加入者紛紛投入薄膜太陽能，為的就是能跳脫找料的困難，透過資本及技術密集的突破，與結晶矽太陽能產品相抗衡。如果昂貴料源問題難以解決，薄膜出頭天的機率就會大增，這也是茂迪及益通，以往對薄膜總投以保守觀望的態度，但在近2年卻變得積極。
但冶金級矽若成行，成為太陽光電的主要料源，最該注意的是便宜料源發展後的結晶矽太陽能市場，對薄膜太陽能電池市場的衝擊，由於薄膜太陽能是因應結晶矽缺料問題而快速崛起，一旦結晶矽料源問題解決了，薄膜太陽能產品所要面對的就是沒有蜜月期的競爭。
因為冶金級矽的成本低廉，所以將導致太陽發電成本快速下降，其實也是搶了薄膜太陽能電池大量量產所被期待的優勢，而薄膜太陽能目前的轉換效率平均不到8%，比起利用冶金級矽成功做出轉換效率15%的太陽能電池來說，仍有一段相當大的技術成長空間。而薄膜太陽能設備成本是結晶矽的3~5倍，資本支出的回收期相對長，又遇到沒有價格蜜月期的市場環境，所面臨的路也是可想而知的辛苦。
此也意謂著薄膜太陽能產品必須在冶金級矽未大量量產並成為主流料源時，快速提升轉換效率及生產成本，儘管從更長期市場的角度來看，薄膜太陽能電池的量產成本競爭力仍是最具優勢的，但若讓冶金級矽的發展捷足先登，搶占高度的市場佔有率，薄膜太陽能電池的生存恐將變得汲汲可危。
2008年4月13日 星期日
超薄熱電模組設立熱電應用全新性能標竿
固態冷卻和發電已成為複雜熱量管理和能量問題的解決方案。為解決熱能問題，熱電模組已經使用幾十年了。熱電模組的核心元件是熱電偶，一個熱電偶包括用一塊金屬板連接起來的兩個不同半導體(即用P型和N型來描述兩種材料中不同的導電機制)。端點的電氣連接形成一個完整的導電迴路，當有電流流過時，就會產生熱電冷卻(TEC)現象，在這種情況下，熱電偶一端變冷另一端變熱，這就是所謂的‘帕爾帖(Peltier)’效應。當該熱電偶放入一個有溫度梯度(即頂部比底部熱)的環境中時，就會產生熱電發電(TEG)現象，在這種情況下，該裝置會產生電流，將熱能轉換為電能，這就是所謂的塞貝克(Seebeck)效應，如圖1所示。
在實際應用中，從熱電材料的梨晶(boule)上切割下來的大量P型、N型顆粒和熱電偶組合在一起(電氣為串聯，熱學上為並聯)，以形成一個TEC或TEG。根據其尺寸和製作方法，傳統模組被稱為‘散裝’模組。這種裝置很早就用於航太領域中的發電，以及儀表、通訊和其他大量專業應用中的冷卻和溫度控制。
薄膜熱電技術
雖然熱電模組具有固態優點，但也有諸多缺點，如普遍效率低、易損壞且體積大。傳統熱電模組的大尺寸和分離式特性嚴重限制了它們的發展。最近業界有大量開發工作集中在薄膜熱電元件上。薄膜熱電材料可用傳統的半導體沈積方法生長，並可採用傳統半導體微加工技術。最終元件比傳統模組小得多，並有希望直接整合在現代製造方法中。圖2為薄膜TEC和傳統散裝TEC的比較。
" src="http://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2007MAY/A/0705A_DC6_F1.jpg">圖1：基於帕爾帖效應作為TEC(左)和基於賽貝克效應作為TEG(右)的PN結原理圖
" src="http://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2007MAY/A/0705A_DC6_F2.jpg">圖2：散裝TEC與Nextreme TEC的形狀和大小比較。
薄膜TEC的長和寬比傳統TEC小6倍，高度小18倍。因此，薄膜TEC的體積比傳統TEC約小110倍。
雖然比較薄膜和散裝熱電模組的大小很有趣，但比較其性能更為有用。描述一個熱電模組性能最常用的方法就是它的負載線。在固定執行電流和特定參考溫度下，將模組頂部、底部之間能達到的溫度差ΔT，標繪為能量Q的函數，就會產生負載線，能量Q是熱電模組能從溫度梯度獲得的能量。圖3顯示了Nextreme和散裝裝置的負載線，都是在參考溫度為25℃時測量的。在本例中，模組的特徵負載線顯示其最大執行電流(Imax)時的情況。在Imax條件下，Q為零時的ΔT被稱為ΔTmax，ΔT為零時汲取的能量被稱為Qmax。雖然ΔTmax和Qmax都不是設備實際的執行條件，但它們確定了設備的性能數據，並經常用來作為比較的依據。
薄膜材料
乍看之下，圖3所示的性能中，薄膜TEC汲取的能量是散裝元件的4倍，儘管它最高只有60%的溫差。然而，若一併考量尺寸差異，薄膜TEC的內在性能著實令人驚訝。薄膜TEC在一張紙的厚度上能有最大40℃的溫差(ΔTmax)！在一塊紙屑的面積上它能最大汲取約16瓦(Qmax)的能量。此處並未顯示散裝和薄膜元件各自的響應時間。然而，散裝元件的熱響應時間以秒計，而薄膜TEC的響應時間則由於尺寸小而以毫秒計算。
" src="http://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2007MAY/A/0705A_DC6_F3.jpg">圖3：散裝TEC和薄膜TEC各自的負載線。
圖4顯示了實測的散裝和薄膜TEC負載線，此處再次計算以說明其尺寸性能差異。在這種情況下，ΔT除以獲得該溫差的厚度，Q除以獲得該熱量的面積。換句話說，縱軸代表了該裝置在其厚度上能夠控制的溫度梯度，橫軸表示該裝置在該區域上產生的功率密度。表1為散裝和薄膜TEC的完整比較。
表1：傳統TEC和薄膜TEC的室溫性能比較。
圖4中的對比描述了由薄膜TEC提供的一種新執行機制。在冷卻模式下，薄膜熱電裝置提供了空前的能量密度汲取能力(Q/面積)和良好的溫度梯度(ΔT/H)。同樣，在發電模式下這些裝置也具備良好性能特徵。
圖4：散裝TEC和Nextreme薄膜TEC的無量綱負載線。
為了利用圖4所顯示的特性，薄膜裝置需要置入合適的熱量和外形尺寸中。由於其尺寸非常小，該裝置可直接整合在半導體或光電封裝中以實現局部冷卻，這些產業的產品工程師過去從未使用合適的溫度控制方法。同時，這種小型裝置能汲取足夠的能量來實現發電、醫療器械和儀器等新應用。由於具備高整合、局部冷卻以及發電等特性，目前溫度控制或能量傳遞已成為電路的附加功能之一。
作者：
Seri Lee
技術長
Nextreme Thermal Solutions
在實際應用中，從熱電材料的梨晶(boule)上切割下來的大量P型、N型顆粒和熱電偶組合在一起(電氣為串聯，熱學上為並聯)，以形成一個TEC或TEG。根據其尺寸和製作方法，傳統模組被稱為‘散裝’模組。這種裝置很早就用於航太領域中的發電，以及儀表、通訊和其他大量專業應用中的冷卻和溫度控制。
薄膜熱電技術
雖然熱電模組具有固態優點，但也有諸多缺點，如普遍效率低、易損壞且體積大。傳統熱電模組的大尺寸和分離式特性嚴重限制了它們的發展。最近業界有大量開發工作集中在薄膜熱電元件上。薄膜熱電材料可用傳統的半導體沈積方法生長，並可採用傳統半導體微加工技術。最終元件比傳統模組小得多，並有希望直接整合在現代製造方法中。圖2為薄膜TEC和傳統散裝TEC的比較。
" src="http://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2007MAY/A/0705A_DC6_F1.jpg">圖1：基於帕爾帖效應作為TEC(左)和基於賽貝克效應作為TEG(右)的PN結原理圖
" src="http://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2007MAY/A/0705A_DC6_F2.jpg">圖2：散裝TEC與Nextreme TEC的形狀和大小比較。薄膜TEC的長和寬比傳統TEC小6倍，高度小18倍。因此，薄膜TEC的體積比傳統TEC約小110倍。
雖然比較薄膜和散裝熱電模組的大小很有趣，但比較其性能更為有用。描述一個熱電模組性能最常用的方法就是它的負載線。在固定執行電流和特定參考溫度下，將模組頂部、底部之間能達到的溫度差ΔT，標繪為能量Q的函數，就會產生負載線，能量Q是熱電模組能從溫度梯度獲得的能量。圖3顯示了Nextreme和散裝裝置的負載線，都是在參考溫度為25℃時測量的。在本例中，模組的特徵負載線顯示其最大執行電流(Imax)時的情況。在Imax條件下，Q為零時的ΔT被稱為ΔTmax，ΔT為零時汲取的能量被稱為Qmax。雖然ΔTmax和Qmax都不是設備實際的執行條件，但它們確定了設備的性能數據，並經常用來作為比較的依據。
薄膜材料
乍看之下，圖3所示的性能中，薄膜TEC汲取的能量是散裝元件的4倍，儘管它最高只有60%的溫差。然而，若一併考量尺寸差異，薄膜TEC的內在性能著實令人驚訝。薄膜TEC在一張紙的厚度上能有最大40℃的溫差(ΔTmax)！在一塊紙屑的面積上它能最大汲取約16瓦(Qmax)的能量。此處並未顯示散裝和薄膜元件各自的響應時間。然而，散裝元件的熱響應時間以秒計，而薄膜TEC的響應時間則由於尺寸小而以毫秒計算。
" src="http://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2007MAY/A/0705A_DC6_F3.jpg">圖3：散裝TEC和薄膜TEC各自的負載線。圖4顯示了實測的散裝和薄膜TEC負載線，此處再次計算以說明其尺寸性能差異。在這種情況下，ΔT除以獲得該溫差的厚度，Q除以獲得該熱量的面積。換句話說，縱軸代表了該裝置在其厚度上能夠控制的溫度梯度，橫軸表示該裝置在該區域上產生的功率密度。表1為散裝和薄膜TEC的完整比較。
表1：傳統TEC和薄膜TEC的室溫性能比較。圖4中的對比描述了由薄膜TEC提供的一種新執行機制。在冷卻模式下，薄膜熱電裝置提供了空前的能量密度汲取能力(Q/面積)和良好的溫度梯度(ΔT/H)。同樣，在發電模式下這些裝置也具備良好性能特徵。
圖4：散裝TEC和Nextreme薄膜TEC的無量綱負載線。為了利用圖4所顯示的特性，薄膜裝置需要置入合適的熱量和外形尺寸中。由於其尺寸非常小，該裝置可直接整合在半導體或光電封裝中以實現局部冷卻，這些產業的產品工程師過去從未使用合適的溫度控制方法。同時，這種小型裝置能汲取足夠的能量來實現發電、醫療器械和儀器等新應用。由於具備高整合、局部冷卻以及發電等特性，目前溫度控制或能量傳遞已成為電路的附加功能之一。
作者：
Seri Lee
技術長
Nextreme Thermal Solutions
美國科學家研發利用太陽能驅動建築空調系統的新技術
美國國家科學基金會(The National Science Foundation)將資助一項有關太陽能加熱、冷卻原型機的研究，以求取代傳統的冷熱空調系統。
在2006年丹佛太陽能學術研討會上，科學家詳細披露了稱為「活性建築物外殼(Active Building Envelope，ABE)」的原型技術。Rensselaer Polytechnic Institute (RPI)的教授Steven Van Dessel介紹了他的團隊在ABE系統方面的成果。他說，ABE可以讓太陽能電池板連接成為熱電熱力泵(thermoelectric heat pumps)，因而降低冷卻和加溫所需的成本。
「我們的系統可以天衣無縫地覆蓋於各種不同的建築物表面。」Van Dessel說：「傳統的空調和暖氣設備將要退流行了。」美國國家科學基金會還將資助Van Dessel的下一個計劃，透過採用低成本的薄膜材料，讓ABE技術具備經濟上的可行性。這個計劃一旦成功，薄膜材料就可以用在其它的應用上，例如提供汽車內部暖氣或冷卻效果的汽車玻璃。
當電流通過熱電熱力泵時，它的一端會變冷，另一端則會變熱。當熱力泵的一端被置於容器內，另一端被置於容器外時，它就可以將熱量抽出或吸入容器。ABE系統將熱電元件和覆蓋整棟樓的太陽能電池板組合在一起，再加一個儲能設備，它就能在白天或夜晚給建築物提供冷/暖氣。
Van Dessel的團隊希望利用成本低的薄膜材料，讓太陽能電池及熱電熱力泵能融入到建築物窗戶及其它表面當中，因而可控制室內溫度。
RPI的學生會樓頂安裝了一個由一間玻璃屋組成的模型，以它做為標準，研究員們模擬了利用薄膜材料製成的ABE系統。Van Dessel說：「我們在測試房間中，通過將這個模型的模擬結果與實際的溫度數據作比較，驗證了模型的精確度，並發現模型在室內溫度的預測與實際溫度測量之間存在良好的相關性。」
(原文連結處：Thermoelectric polymers could heat, cool buildings)
(R. Colin Johnson
在2006年丹佛太陽能學術研討會上，科學家詳細披露了稱為「活性建築物外殼(Active Building Envelope，ABE)」的原型技術。Rensselaer Polytechnic Institute (RPI)的教授Steven Van Dessel介紹了他的團隊在ABE系統方面的成果。他說，ABE可以讓太陽能電池板連接成為熱電熱力泵(thermoelectric heat pumps)，因而降低冷卻和加溫所需的成本。
「我們的系統可以天衣無縫地覆蓋於各種不同的建築物表面。」Van Dessel說：「傳統的空調和暖氣設備將要退流行了。」美國國家科學基金會還將資助Van Dessel的下一個計劃，透過採用低成本的薄膜材料，讓ABE技術具備經濟上的可行性。這個計劃一旦成功，薄膜材料就可以用在其它的應用上，例如提供汽車內部暖氣或冷卻效果的汽車玻璃。
當電流通過熱電熱力泵時，它的一端會變冷，另一端則會變熱。當熱力泵的一端被置於容器內，另一端被置於容器外時，它就可以將熱量抽出或吸入容器。ABE系統將熱電元件和覆蓋整棟樓的太陽能電池板組合在一起，再加一個儲能設備，它就能在白天或夜晚給建築物提供冷/暖氣。
Van Dessel的團隊希望利用成本低的薄膜材料，讓太陽能電池及熱電熱力泵能融入到建築物窗戶及其它表面當中，因而可控制室內溫度。
RPI的學生會樓頂安裝了一個由一間玻璃屋組成的模型，以它做為標準，研究員們模擬了利用薄膜材料製成的ABE系統。Van Dessel說：「我們在測試房間中，通過將這個模型的模擬結果與實際的溫度數據作比較，驗證了模型的精確度，並發現模型在室內溫度的預測與實際溫度測量之間存在良好的相關性。」
(原文連結處：Thermoelectric polymers could heat, cool buildings)
(R. Colin Johnson
2008年4月7日 星期一
Cheaper, More Efficient Solar Cells-A new type of material could allow solar cells to harvest far more light.
簡評：
這是去年的文章,專講"光子晶體概念在太陽電池上的應用".去年三月發表的.這裡重新貼上,已和之前那一中一英兩篇講"鎖光太陽電池"文章做個對照.
前年這個時候,誰把光子晶體技術和太陽電池放在一起提出,就被嗤之以鼻以為是天方夜譚或科幻題材;去年這個時候,提出光子晶體太陽電池的人雖然已經被認同技術有可行性,但是卻是旁門左道的方法;今年,就在上個月,MIT的另個教授提出所謂"鎖光"概念,卻被財團認可,再也沒有人會認為這是天方夜譚或是旁門左道--我們的世界迫切需要高效率的太陽電池.
只要是可行的技術,就會被認可;只要提升總轉換效率3%,所能造成的效應等於傳統製造程序上所有的cost down可行性加總.因此,我們該好好思考如何方能把我們多年前far-seeing的光晶太陽電池專利實踐出來.
太陽電池和LED在設計上是相反的概念.在LED上,我們的需求是把P-N Junction創造出的光盡可能放出,而在太陽電池我們不能放過任何一道可能進入元件的光線.在LED中我們需要在極小的面積中創造足夠的面積增加電子電洞的結合率,在太陽電池中我們要盡量減少電子電洞的再結合率.由此發想,太陽電池的PN結要非常平整,以減少recombination rate,而LED的PN結要粗糙來增加combination rate.
在外型方面,兩者都要有粗糙面以減少光子在高低不同折射率介質傳遞時發生的全反射角損失以及折射損失;另外我們都要在元件的其中一端增加反射面,就LED來說是要確保光能穩穩地射往照明方向,就太陽電池來說是要確保光子能在元件中不斷地反射與折射,而不會直接穿透元件.採用光子晶體,可以輕易地在LED或太陽電池元件上造成這種效果.
當然,我們所提出的光晶太陽電池還有另外一種特性,是MIT的教授沒有注意到的部分,就先賣個關子.日後有機會再說.
------------------
Much more efficient solar cells may soon be possible as a result of technology that more efficiently captures and uses light. StarSolar, a startup based in Cambridge, MA, aims to capture and use photons that ordinarily pass through solar cells without generating electricity. The company, which is licensing technology developed at MIT, claims that its designs could make it possible to cut the cost of solar cells in half while maintaining high efficiency. This would make solar power about as cheap as electricity from the electric grid.
The effort uses a type of material called a photonic crystal that makes it possible to "do things with light that have never been done before," says John Joannopoulos, a professor of physics at MIT who heads the lab where the new designs for solar applications were developed. Photonic crystals, which can be engineered to reflect and diffract all the photons in specific wavelengths of light, have long been attractive for optical communications, in which the materials can be used to direct and sort light-borne data. Now new manufacturing processes could make the photonic crystals practical for much-larger-scale applications such as photovoltaics.
StarSolar's approach addresses a long-standing challenge in photovoltaics. Silicon, the active material that is used in most solar cells today, has to do double duty. It both absorbs incoming light and converts it into electricity. Solar cells could be cheaper if they used less silicon. If the silicon is made thinner than it is now, it may still retain its ability to convert the photons it absorbs into electricity. But fewer photons will be absorbed, decreasing the efficiency of the cell.
MIT researchers developed sophisticated computer simulations to understand how thin layers of photonic crystal could be engineered to capture and recycle the photons that slip through thin layers of silicon. Silicon easily absorbs blue light, but not red and infrared light. The researchers found that by creating a specific pattern of microscopic spheres of glass within a precisely designed photonic crystal, and then applying this pattern in a thin layer at the back of a solar cell, they could redirect unabsorbed photons back into the silicon.
Today's solar cells already reflect some of the light that passes through the silicon. But the photonic crystal has distinct advantages. Conventional solar cells are backed with a sheet of aluminum. The photonic crystal reflects more light than the aluminum does, especially once the aluminum oxidizes. And the photonic crystal diffracts the light so that it reenters the silicon at a low angle. The low angle prevents the light from escaping the silicon. Instead, it bounces around inside; this increases the chances of the light being absorbed and converted into electricity.
>Better solar: In conventional solar cells (a), light (dashed line) enters an antireflective layer (yellow) and then a layer of silicon (green) in which much of the light is converted into electricity. But some of the light (solid arrows) reflects off an aluminum backing, returns through the silicon, and exits without generating electricity. A new material (represented by the dots in [b]) makes it possible to convert more of this light into electricity. Instead of reflecting back out of the solar cell, the light is diffracted by one layer of the material (larger dots). This causes the light to reenter the silicon at a low angle, at which point it bounces around until it is absorbed. The light that makes it through the first layer is reflected by the second layer of material (smaller dots) before being diffracted into the silicon.
Credit: Peter Bermel
As a result, the photonic crystal can increase the efficiency of solar cells by up to 37 percent, says Peter Bermel, CTO and a cofounder of StarSolar. This makes it possible to use many times less silicon, he says, cutting costs enough to compete with electricity from the grid in many markets. The savings would be especially large now, since a current shortage in refined silicon is keeping solar-cell prices high and slowing the growth of solar-cell production.
The company plans to work with existing solar-cell makers, applying its photonic crystals with a machine added to the solar-cell makers' assembly lines, Bermel says. But StarSolar needs to choose a large-scale manufacturing technique that will allow it to produce the photon crystals inexpensively. What's needed is a way to cheaply arrange two materials in an orderly three-dimensional pattern. For example, microscopic spheres of glass would be arranged in rows and columns inside silicon. Currently, techniques such as e-beam lithography can be used, but that's too slow for large-scale manufacturing.
Shawn-Yu Lin, professor of physics at Rensselaer Polytechnic Institute, has developed a method for manufacturing eight-inch disks of photonic crystal--a measurement considerably larger than what can be done with conventional techniques. The method, which employs optical lithography similar to that used in the semiconductor industry, works best for a type of solar cell that concentrates light onto a small chunk of expensive semiconductor material. Such a device would require a relatively small amount of photonic crystal compared with conventional solar cells. Lin says the technique could be applied for more-conventional solar panels, although it would be expensive.
Another potentially less-expensive method, called interference lithography, creates orderly patterns in the photonic-crystal materials. The method is fast and uses machines that are far less expensive than those used for conventional optical lithography. It also requires fewer steps than Lin's existing process, so he says it could be far cheaper. Such methods have been developed by Henry Smith, professor of electrical engineering at MIT, who was not involved with the StarSolar-related work. Smith says his interference-lithography method could be used to build templates for imprinting photonic-crystal patterns on large areas.
Another promising technique is self-assembly, in which the chemical and physical properties of material building blocks are engineered so that they arrange themselves in orderly patterns on a surface. For example, Chekesha Liddell, professor of materials science and engineering at Cornell University, has engineered building blocks in the shape of peanuts and the caps of mushrooms that line up in rows because of the way they fit together and the tug of short-range forces between them. She says this could be useful for assembling photonic crystals for solar cells.
With such approaches available, Bermel says that StarSolar hopes to have a prototype solar cell within a year and a pilot manufacturing line operating in 2008.
這是去年的文章,專講"光子晶體概念在太陽電池上的應用".去年三月發表的.這裡重新貼上,已和之前那一中一英兩篇講"鎖光太陽電池"文章做個對照.
前年這個時候,誰把光子晶體技術和太陽電池放在一起提出,就被嗤之以鼻以為是天方夜譚或科幻題材;去年這個時候,提出光子晶體太陽電池的人雖然已經被認同技術有可行性,但是卻是旁門左道的方法;今年,就在上個月,MIT的另個教授提出所謂"鎖光"概念,卻被財團認可,再也沒有人會認為這是天方夜譚或是旁門左道--我們的世界迫切需要高效率的太陽電池.
只要是可行的技術,就會被認可;只要提升總轉換效率3%,所能造成的效應等於傳統製造程序上所有的cost down可行性加總.因此,我們該好好思考如何方能把我們多年前far-seeing的光晶太陽電池專利實踐出來.
太陽電池和LED在設計上是相反的概念.在LED上,我們的需求是把P-N Junction創造出的光盡可能放出,而在太陽電池我們不能放過任何一道可能進入元件的光線.在LED中我們需要在極小的面積中創造足夠的面積增加電子電洞的結合率,在太陽電池中我們要盡量減少電子電洞的再結合率.由此發想,太陽電池的PN結要非常平整,以減少recombination rate,而LED的PN結要粗糙來增加combination rate.
在外型方面,兩者都要有粗糙面以減少光子在高低不同折射率介質傳遞時發生的全反射角損失以及折射損失;另外我們都要在元件的其中一端增加反射面,就LED來說是要確保光能穩穩地射往照明方向,就太陽電池來說是要確保光子能在元件中不斷地反射與折射,而不會直接穿透元件.採用光子晶體,可以輕易地在LED或太陽電池元件上造成這種效果.
當然,我們所提出的光晶太陽電池還有另外一種特性,是MIT的教授沒有注意到的部分,就先賣個關子.日後有機會再說.
------------------
Much more efficient solar cells may soon be possible as a result of technology that more efficiently captures and uses light. StarSolar, a startup based in Cambridge, MA, aims to capture and use photons that ordinarily pass through solar cells without generating electricity. The company, which is licensing technology developed at MIT, claims that its designs could make it possible to cut the cost of solar cells in half while maintaining high efficiency. This would make solar power about as cheap as electricity from the electric grid.
The effort uses a type of material called a photonic crystal that makes it possible to "do things with light that have never been done before," says John Joannopoulos, a professor of physics at MIT who heads the lab where the new designs for solar applications were developed. Photonic crystals, which can be engineered to reflect and diffract all the photons in specific wavelengths of light, have long been attractive for optical communications, in which the materials can be used to direct and sort light-borne data. Now new manufacturing processes could make the photonic crystals practical for much-larger-scale applications such as photovoltaics.
StarSolar's approach addresses a long-standing challenge in photovoltaics. Silicon, the active material that is used in most solar cells today, has to do double duty. It both absorbs incoming light and converts it into electricity. Solar cells could be cheaper if they used less silicon. If the silicon is made thinner than it is now, it may still retain its ability to convert the photons it absorbs into electricity. But fewer photons will be absorbed, decreasing the efficiency of the cell.
MIT researchers developed sophisticated computer simulations to understand how thin layers of photonic crystal could be engineered to capture and recycle the photons that slip through thin layers of silicon. Silicon easily absorbs blue light, but not red and infrared light. The researchers found that by creating a specific pattern of microscopic spheres of glass within a precisely designed photonic crystal, and then applying this pattern in a thin layer at the back of a solar cell, they could redirect unabsorbed photons back into the silicon.
Today's solar cells already reflect some of the light that passes through the silicon. But the photonic crystal has distinct advantages. Conventional solar cells are backed with a sheet of aluminum. The photonic crystal reflects more light than the aluminum does, especially once the aluminum oxidizes. And the photonic crystal diffracts the light so that it reenters the silicon at a low angle. The low angle prevents the light from escaping the silicon. Instead, it bounces around inside; this increases the chances of the light being absorbed and converted into electricity.
>Better solar: In conventional solar cells (a), light (dashed line) enters an antireflective layer (yellow) and then a layer of silicon (green) in which much of the light is converted into electricity. But some of the light (solid arrows) reflects off an aluminum backing, returns through the silicon, and exits without generating electricity. A new material (represented by the dots in [b]) makes it possible to convert more of this light into electricity. Instead of reflecting back out of the solar cell, the light is diffracted by one layer of the material (larger dots). This causes the light to reenter the silicon at a low angle, at which point it bounces around until it is absorbed. The light that makes it through the first layer is reflected by the second layer of material (smaller dots) before being diffracted into the silicon.
Credit: Peter Bermel
As a result, the photonic crystal can increase the efficiency of solar cells by up to 37 percent, says Peter Bermel, CTO and a cofounder of StarSolar. This makes it possible to use many times less silicon, he says, cutting costs enough to compete with electricity from the grid in many markets. The savings would be especially large now, since a current shortage in refined silicon is keeping solar-cell prices high and slowing the growth of solar-cell production.
The company plans to work with existing solar-cell makers, applying its photonic crystals with a machine added to the solar-cell makers' assembly lines, Bermel says. But StarSolar needs to choose a large-scale manufacturing technique that will allow it to produce the photon crystals inexpensively. What's needed is a way to cheaply arrange two materials in an orderly three-dimensional pattern. For example, microscopic spheres of glass would be arranged in rows and columns inside silicon. Currently, techniques such as e-beam lithography can be used, but that's too slow for large-scale manufacturing.
Shawn-Yu Lin, professor of physics at Rensselaer Polytechnic Institute, has developed a method for manufacturing eight-inch disks of photonic crystal--a measurement considerably larger than what can be done with conventional techniques. The method, which employs optical lithography similar to that used in the semiconductor industry, works best for a type of solar cell that concentrates light onto a small chunk of expensive semiconductor material. Such a device would require a relatively small amount of photonic crystal compared with conventional solar cells. Lin says the technique could be applied for more-conventional solar panels, although it would be expensive.
Another potentially less-expensive method, called interference lithography, creates orderly patterns in the photonic-crystal materials. The method is fast and uses machines that are far less expensive than those used for conventional optical lithography. It also requires fewer steps than Lin's existing process, so he says it could be far cheaper. Such methods have been developed by Henry Smith, professor of electrical engineering at MIT, who was not involved with the StarSolar-related work. Smith says his interference-lithography method could be used to build templates for imprinting photonic-crystal patterns on large areas.
Another promising technique is self-assembly, in which the chemical and physical properties of material building blocks are engineered so that they arrange themselves in orderly patterns on a surface. For example, Chekesha Liddell, professor of materials science and engineering at Cornell University, has engineered building blocks in the shape of peanuts and the caps of mushrooms that line up in rows because of the way they fit together and the tug of short-range forces between them. She says this could be useful for assembling photonic crystals for solar cells.
With such approaches available, Bermel says that StarSolar hopes to have a prototype solar cell within a year and a pilot manufacturing line operating in 2008.
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