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

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。

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

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

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.
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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.

2008年4月4日 星期五

師事「太陽能電池之父」 黃惠良學優則商 要讓樂福發光

鉅亨網記者黃彥翔‧台北2008 / 03 / 29 星期六 16:20
「Solar cell, keep on.」,太陽能之父Joseph. J.Loferski 生前的一句話,讓門下弟子樂福太陽能董事長黃惠良謹記在心,從學界跨入商界,在太陽能領域上將永遠兢兢業業。
3 周前,樂福太陽能電池公司在竹科設廠,除了隨即推出的彩色太陽能電池讓人眼睛一亮之外,董事長黃惠良的身份,也成為眾人注意的焦點;今年62歲的黃惠良是清大電機系的創辦人,他是由於長年投身於學術界,黃惠良身上沒有太多商場習氣,言談中反而讓人感覺到學術研究者的單純與質樸。
他的生命會和太陽能電池連在一起,還有一段故事。1969年,當他在成大電機系念大學時,當年阿姆斯壯登陸月球,也讓他決定在研究所階段鑽研系統控制,隨後再到美國布朗大學攻讀博士。不過在這段期間,黃惠良修了太陽能電池發明人J. J. Loferski一門固態物理的課,反而修出興趣來,從此便投入太陽能電池的研究領域。
在Loferski 40年的教職生涯裡,他出版了超過150 篇科技論文,其中大部分的文章都聚焦在太陽能電池,被尊稱為「太陽能電池之父」;後來他也成為黃惠良的博士論文指導教授,兩人相差20歲,有著深厚的師徒情誼。
1976年,黃惠良回到台灣,先後協助清華大學與中興大學成立電機系,也創辦了清大奈米與微系統研究中心;30多年下來,他發表超過 400篇論文,在三元化合物半導體與氫化矽高效率薄膜太陽能電池的研究馳名國際,所建立的CuInS2規格,已成世界最高效率薄膜太陽電池主流。黃惠良去年獲頒東元獎時,太太曾經這麼形容他:「從18歲到61歲,他年年都像念高三一樣用功」。
儘管忙碌,然而他和Loferski的聯繫一直沒有間斷,Loferski也先後來過台灣次。
1997年,71歲的Loferski因為罹患癌症,身體情況逐漸惡化。他知道自己已經不久於人世,因此邀了許多學生到他的紐約家裡,辦了一個送別派對。晚餐結束後,他躺在沙發上,黃惠良坐在一旁。Loferski握住黃惠良的手,對他說了一句:「Solar cell, keep on.」(要繼續在太陽能電池上堅持下去。) 2個月後, Loferski離開了人世。
黃惠良對於太陽能的投入,除了因為自己的興趣使然,也來自於Loferski長久以來給他的啟發與勉勵。除了投身學術之外,在產業上,黃惠良1994年創辦劍度公司 (明基入主後改名為達虹) ,做液晶顯示器的彩色濾光片,公司規模從 600萬元做到59億元;2003年又和茂德籌組劍陽公司,從事光電整合設計,表現也不錯。去年底,黃惠良把劍揚的太陽能電池事業處分割出來,成立樂福太陽能。而樂福的名字 「Lof Solar」,就是以恩師Loferski的前3個英文單字命名的。
Loferkski曾說過:「Sunshine is the last frontier of mankind.」(陽光是人類最後一個尚未開發的領域。) 這句話也一直在黃惠良的心上,督促著他要為人類的福祉盡份心力。

More-Powerful Solar Cells-- A new solar cell is 27 percent more efficient without being more expensive to make

簡評:因為上一篇文章實在太重要了(重要到會嚴重危害到我們發展的權益),所以我把原文貼在這裡給大家做個參考.為何說這會嚴重危害到我們發展的權益--因為這個教授的研究根本就和我們手中擁有的太陽電池結構專利一樣,運用到一樣的鎖光技術,我們不得不小心在意!!

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Thursday, March 27, 2008 By Kevin Bullis

An MIT researcher has found a way to significantly improve the efficiently of an important type of silicon solar cells while keeping costs about the same. The technology is being commercialized by a startup in Lexington, MA, called 1366 Technologies, which today announced its first round of funding. Venture capitalists invested $12.4 million in the company.
1366 Technologies claims that it improves the efficiency--a measure of the electricity generated from a given amount of light--of multicrystalline silicon solar cells by 27 percent compared with conventional ones. The company's efficiency and cost claims are based on results from small solar cells (about two centimeters across) made in the lab of Emanuel Sachs, a professor of mechanical engineering at MIT, who is one of the company's founders. 1366 Technologies is building a pilot-scale manufacturing plant that will make full-sized solar cells (about 15 centimeters across). Within a year, the company will decide whether its pilot-plant results justify building a factory for commercial production, Sachs says.
Commercial solar cells made from multicrystalline silicon are normally far less efficient than more expensive ones made from single-crystal silicon, but they're cheaper. The 27 percent improvement will bring multicrystalline cells to efficiencies about the same as single-crystal cells--around 19.5 percent--at the lower costs. So, if the technology successfully scales up, Sachs says, it could significantly bring down the cost of solar electricity. Sachs says that today, solar cells cost about $2.10 per watt generated. When manufactured at a commercial scale, the first cells incorporating his new technology will cost $1.65 per watt. Planned improvements will bring down this cost to about $1.30 a watt, he says. To compete with coal, the cost will need to come down to about $1 a watt, something that Sachs predicts can be achieved by 2012 with further improvements in antireflection coatings and other anticipated advances.
The company's first prototype solar cells include three key innovations to improve efficiency. The first is a method for adding texture to the surface of the cells that allows the silicon to absorb more light, a trick that's been used before with single-crystalline devices but has been difficult to implement with multicrystalline silicon. The rough surface causes light to bend as it enters the cell so that when it encounters the back of the cell, it doesn't reflect right back out; rather, it bounces off at a low angle and remains inside the slab of silicon. The longer the light remains within the silicon, the greater the chance that it will be absorbed and converted into electricity.

Capturing light: Ordinarily, the flat wires on the surface of solar cells that are used to collect electrical current prevent light from reaching the active material in a cell, reducing efficiency. A new design traps much of the light that would have been reflected. In the picture, some of the red light from a laser is redirected from the wire to areas on the cell where the light can be absorbed. The new approach dramatically helps improve the performance of solar cells without increasing costs. Credit: 1366 Technologies


Groovy solar: Facets etched into the surface of wires redirect incoming light so that it is absorbed by a solar cell rather than reflected away. The wires serve to collect current generated by a solar cell. Credit: 1366 Technologies

The second innovation involves the silver wires that harvest electrical current generated by the silicon. Sachs has developed a method for making these wires as small as one-fifth the width of the wires that are typically used, while improving their conductivity. The thinner wires use less silver, which cuts down costs. Also, because the wires are thinner, they can be spaced closer together and still block less light than ordinary wires can. The closer spacing makes the wires more efficient at collecting electrical current generated in the silicon.
The final improvement has to do with a set of wide, flat wires used to collect current from the thin silver wires. These bars typically block light entering the cell, reducing efficiency. But Sachs has etched their surfaces so that they act as faceted mirrors. This achieves an effect similar to the texturing of the silicon surface. While the improvements add costs in some ways, the increases are offset by savings elsewhere, such as from using less silver, Sachs says.
While 1366 Technologies plans to manufacture its own cells, Sachs says that it is also open to licensing the technology to other solar-cell makers. Ultimately, Sachs hopes that his technology will speed the adoption of solar power to meet global energy requirements. "We need an exponential growth curve now," he says. "Not 15 years from now--that's too late."

2008年4月3日 星期四

多晶硅太陽能電池轉換效率大幅提高 光電轉換效率提高27%同時維持較低制造成本

本報訊(記者 李學華) 據美國“技術評論”網站報道,麻省理工學院(MIT)科學家最近發明了可大幅提高多晶硅太陽能電池效率,同時維持低成本的方法。他們同時成立了一家名為1366的技術公司以將這項技術商業化。
  伊曼紐爾.薩克斯是MIT機械工程學教授,也是1366公司的創辦人之一。他的實驗室研制出的大約2厘米寬的小型多晶硅太陽能電池,其光電轉換效率(將定量的光能轉換成電能的效率)比普通多晶硅太陽能電池提高了27%。
  薩克斯采用了3項關鍵的發明來提高太陽能電池模型的效率。首先,在太陽能電池表面增加紋理,使硅板能吸收更多的光。當光線進入電池時,粗糙的表面使得光線發生彎曲,當光線到達電池的背面時,它不會被直接反射出去,而是被小角度反彈回,從而駐留在硅太陽能板里。光線在硅板里停留的時間越長,它被吸收而轉換成電能的幾率就越大。這項技術曾在單晶硅太陽能電池上使用,但此前在多晶硅電池上還很難實現。
  第二項發明與采集硅板產生的電流的銀絲有關。薩克斯發明了一項技術,可以制備很細的銀絲———其直徑只有太陽能電池通常使用的銀絲的五分之一,而且提高了導電率。銀絲越細,制造成本就越低。同普通銀絲相比,細銀絲可以更緊密的排列,彼此的間隔更小,這使得銀絲采集電流的效率更高。
  最后一項發明是使用一套寬平的金屬條來匯集通過細銀絲傳來的電流。通常,這些金屬條會阻礙光線進入太陽能電池,從而使電池效率下降。但薩克斯通過蝕刻金屬條表面,使其變得像多面鏡一樣,從而獲得了與在硅板表面增加紋理一樣的效果。雖然這道工藝步驟會使生產成本增加,但銀的用量減少了,二者可以抵消。
  一般來說,多晶硅太陽能電池要比昂貴的單晶硅太陽能電池轉換效率低,但要便宜許多。27%的效率提升意味著可以較低的成本生產出與單晶硅太陽能電池效率相當的多晶硅太陽能電池。目前的太陽能電池每產生1瓦的電力,需要2.1美元。1366公司正在興建一座試驗工廠,以生產完全尺寸的太陽能電池(大約15厘米寬)。薩克斯說,如果公司的放大生產能夠成功,這項技術將使太陽能發電的成本大幅降低。他估計,第一批采用新技術生產的太陽能電池,其發電成本約為1.65美元/瓦,考慮到今后的技術改進,成本會降為1.30美元/瓦。但是要想和煤炭發電競爭,太陽能發電的成本必須降到1美元/瓦才行。薩克斯預測,通過改進減反射涂層和其它技術進展,在2012年左右,這個目標完全可以達到。

2008年4月1日 星期二

深耕電光前瞻新技術 開創台灣產業新契機

簡評:這項所謂交流電LED技術,工研院充其量只能說是有跟上國際大廠水平.早在兩年前,相同的技術已在世界主流展中被揭露出來.工研院近來發展有些失焦,說學界不如學界,說接近業界,但其閉門造車的態度使得他們的研究方向往往偏離市場.
話雖如此,AC-LED技術的是有用的.現在要考量的是工研院打算如何操作這些技術?是讓想購買的業界公司競標呢?還是想釋出這組技術已便宜的價格讓想切入的公司都能雨露均霑?還是讓那組人收受業界金主投資,躍上枝頭變鳳凰?如果是最後那種想法,那麼工研院現在的研發成果遲早會成為泡影.
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為了協助台灣廠商拓展佈局全球電子與光電產業的機會,經濟部技術處委託工研院以其成功開發的半導體和顯示器技術為基礎,全力發展軟性電子、3D立體影像與顯示、LED照明、下世代記憶體等技術,以提升台灣的電光產業新應用,並開創新興產業。
行政院科技顧問組日前即已提出軟性電子技術應用與發展為未來開發的三項「便利新科技」之一,並選定「全印式智慧型標籤」、「便利性全彩色顯示示器」為研發目標。去年,工研院成立國內首座「軟電量產開發實驗室」,紮根於R2R軟性電子連續式製程開發,並整合產官學研資源切入軟電相關材料、設備、製程、系統、驗證等關鍵技術研發,以開發低成本、輕、薄、耐摔、可撓曲的印製式標籤與軟性顯示器,目前並已研發連續式單基板膽固醇顯示器。
針對下世代記憶體、立體影像與儲存技術,以及開發3D互動、3D影像擷取、資料處理、壓縮等系統化關鍵技術,「3D互動影像顯示產業聯盟」的成立,跨產業聯合了資訊與通訊、顯示器、晶片設計、系統、影音內容、應用服務等業者,共同建構國內3D互動影像顯示產業架構,以開創立體影像儲存與顯示產業新機會。
此外,為順應全球溫室氣體減量的節能趨勢,打造新的綠色環保產業,經濟部技術處委託工研院執行半導體光源及應用科技專案研發計劃,成功開發出「交流/直流轉換器」技術,讓LED使用的電源不再受限於電池,變成可以直接由家用電源插座供應的交流電,因而節省15~30%能源,預估約可取代50%以上原有直流電驅動產品,加速固態照明的實現與產品的普及化。
經濟部技術處表示,這項創新技術的專利佈局橫跨AC LED元件結構、基礎封裝與應用端,為國內上中下游業者提供了元件、封裝、產品的需求與結合,形成完整的產品鏈。除了大幅增加LED的產品應用,並已將AC LED元件擴展至 LCD TV 背光源的開發,預期將可形成重大產業效益。