211service.com
Alta ierīces: Saules risinājuma atrašana
Vēloties iekļūt ļoti konkurētspējīgā saules enerģijas tirgū, Alta Devices cer izmantot tehnoloģisko sasniegumu un ražošanas prasmju kombināciju, lai gūtu panākumus vietās, kur daudzi citi ir avarējuši un nodeguši. 2012. gada 21. februāris
Alta Devices ir mazs, bet labi finansēts jaunuzņēmums, kas atrodas tajā pašā neaprakstāmā Silikona ielejas biroju ēkā, kas savulaik kalpoja par galveno mītni Solyndra, bēdīgi slavenajam saules enerģijas uzņēmumam, kas bankrotēja pagājušajā gadā pēc simtiem miljonu dolāru iztērēšanas valsts un riska ieguldījumos. . Joprojām nav skaidrs, vai vietai ir slikta karma, joko Alta izpilddirektors Kristofers Noriss. Taču Noriss, bijušais pusvadītāju nozares vadītājs un riska kapitālists, zina, ka viņa uzņēmuma liktenis būs atkarīgs no tā spējas orientēties riskantajā un dārgajā jaunās tehnoloģijas paplašināšanas procesā, kas, viņaprāt, varētu ražot enerģiju par konkurētspējīgu cenu. ar fosilā kurināmā iekārtām un daudz lētāk nekā mūsdienu saules moduļi.
Uz galda Alta konferenču telpā Noriss izliek uzņēmuma saules bateriju paraugus, elastīgus melnus plankumus, kas iekapsulēti caurspīdīgā plastmasā. Tie izskatās neparasti, bet tas ir tāpēc, ka galvenā sastāvdaļa ir tikai neredzama: mikroskopiski plānas gallija arsenīda loksnes. Pusvadītājs tik labi spēj absorbēt saules gaismu un pārvērst to elektrībā, ka viena no Alta ierīcēm, kas satur tikai pāris mikrometrus biezu aktīvo gallija arsenīda slāni, nesen uzstādīja fotoelementu efektivitātes rekordu. Bet gallija arsenīda izmantošana saules baterijās ir arī ārkārtīgi dārga, un tā plānās plēves mēdz būt trauslas un grūti izgatavojamas. Faktiski Alta inovācijas slēpjas nevis materiāla izvēlē — pusvadītājs ir izmantots satelītu un kosmosa kuģu saules baterijās jau gadu desmitiem, bet gan izdomāšanā, kā to pārvērst saules moduļos, kas ir pietiekami lēti, lai būtu praktiski vairumam lietojumu.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2012. gada marta numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Uzņēmums, kas dibināts 2007. gadā, ir balstīts uz divu pasaulē vadošo akadēmisko pētnieku darbu fotonisko materiālu jomā. Viens no viņiem, Eli Yablonovitch, tagad Kalifornijas Universitātes Bērklijā elektroinženieru profesors, astoņdesmitajos gados, strādājot Bell Communications Research, izstrādāja un patentēja paņēmienu gallija arsenīda īpaši plānu plēvju izveidošanai. Otrs, Harijs Atvoters, Caltech lietišķās fizikas un materiālu zinātnes profesors, ir pionieris mikrostruktūru un nanostruktūru izmantošanā, lai uzlabotu materiālu spēju uztvert gaismu un pārvērst to elektrībā. Endijs Rapaports, August Capital riska kapitālists, sadarbojās ar diviem zinātniekiem, lai nodibinātu Alta, piesaistot citu Silīcija ielejas veterānu Bilu Džoju kā investoru un kopā ar citiem līdzdibinātājiem izveidojot vadības komandu, kurā ietilpa Noriss. Mērķis: izgatavot ļoti efektīvas saules baterijas un padarīt tās lētākas nekā tās, kuru pamatā ir esošā silīcija tehnoloģija.
Tieši šajā brīdī daudzi saules enerģijas jaunuzņēmumi ir kļūdījušies, steidzoties paplašināt novatorisku tehnoloģiju, pirms ir izpratuši tās ekonomikas un inženierijas izaicinājumus. Tā vietā Alta savus pirmos gadus pavadīja slepenā režīmā, klusi mēģinot noskaidrot, kā saka Noriss, vai tā gallija arsenīda saules bateriju izgatavošanas process ir vairāk nekā zinātnisks eksperiments un vai tas varētu kalpot par dzīvotspējīgu pamatu ražošanai.
Elastīga jauda: Alta saules baterijas var izgatavot saliekamās loksnēs. Šajā paraugā vairākas saules baterijas ir iekapsulētas jumta seguma materiālā.
Zinātniskā eksperimenta paliekas joprojām ir redzamas pieticīgajā laboratorijā Altas biroja aizmugurē. Mazie keramikas podi atrodas uz elektriskajām plītiņām — uzņēmuma agrīnajiem centieniem optimizēt Jablonoviča epitaksiskās pacelšanas paņēmienu, kas izmanto skābes, lai precīzi atdalītu plānās gallija arsenīda kārtiņas no vafelēm, uz kurām tās audzē. Citur laboratorijā aprīkojums kļūst arvien lielāks un sarežģītāks, atspoguļojot procesa mērogošanu. Netālu no skata loga, kas ļauj potenciālajiem investoriem ieskatīties laboratorijā, neuzvelkot tīras telpas pārklājumus, ir viens no uzņēmuma attīstības centieniem dārgakmeņiem: garš aprīkojums, kurā tiek apstrādātas paraugu partijas, lai izveidotu plānas plēves saules baterijas. . Tas ir pārliecinošs pierādījums tam, ka agrīno darbu ar katliem un plītiņām var pārveidot par automatizētu procesu, kas spēj nodrošināt reālai ražošanai nepieciešamo ražu.
SAULES PAcelšana
Kad Bils Džojs, Sun Microsystems līdzdibinātājs un tagad vadošais Silīcija ielejas riska kapitālists, pirmo reizi ieraudzīja biznesa plānu uzņēmumam Alta Devices, viņš un viņa kolēģi uzņēmumā Kleiner Perkins Caufield & Byers jau meklēja augstas efektivitātes plānslāņa saules enerģiju. tehnoloģija. Džojs veido sarakstu ar vēlamajām tehnoloģijām, kuras, viņaprāt, ir pamatotas iespējas atrast — pašlaik tas ir aptuveni 12–15 vienības. Saules baterijas, kas ir ļoti efektīvas saules gaismas pārveidošanā un kuras var lēti izgatavot elastīgās loksnēs, varētu nodrošināt veidus, kā ievērojami samazināt saules enerģijas kopējās izmaksas. Gallija arsenīda tehnoloģija bija dabiska izvēle efektivitātes uzlabošanai, taču Alta ekonomika bija tas, kas patiešām interesēja investorus. Viņu galvenā kompetence bija padarīt to izgatavojamu, saka Džojs, kurš dažu mēnešu laikā pievienojās Rappaport kā investors.
Gallija arsenīds ir gandrīz ideāls saules materiāls vairāku iemeslu dēļ. Tas ne tikai absorbē daudz vairāk saules gaismas nekā silīcijs — tā plānās plēves uztver tikpat daudz fotonu kā silīcijs, kas ir 100 reizes biezākas, bet tas ir mazāk jutīgs pret siltumu nekā silīcija saules baterijas, kuru veiktspēja krasi samazinās virs 25 °C. Un gallija arsenīds ir labāks par silīciju, saglabājot savas elektrības ražošanas spējas relatīvi vāja apgaismojuma apstākļos, piemēram, agri no rīta vai vēlā pēcpusdienā.
Ražošanas izmaksu samazināšanas atslēga ir tehnika, kuru Yablonovitch palīdzēja izdomāt pirms gadu desmitiem. Pusvadītāju var audzēt epitaksiāli: kad plāni slāņi ķīmiski tiek uzklāti uz viena kristāla gallija arsenīda substrāta, katrs iegūst vienu un to pašu vienkristāla struktūru. Jablonovičs atklāja, ka, ja starp slāņiem ir iestiprināts alumīnija arsenīda slānis, to var selektīvi apēst ar skābi, un augstāk esošo gallija arsenīdu var nolobīt. Tas bija elegants un vienkāršs veids, kā izveidot plānas materiāla plēves. Taču process bija arī problemātisks: viena kristāla plēves viegli saplaisā un kļūst nevērtīgas. Pielāgojot Jablonoviča ražošanas metodi, Alta pētnieki ir atraduši veidus, kā izveidot izturīgas plēves, kas nav pakļautas plaisāšanai. Plānās kārtiņas ne tikai izmanto maz pusvadītāju materiāla, bet arī vērtīgo gallija arsenīda substrātu var izmantot vairākas reizes, tādējādi palīdzot padarīt procesu pieejamu.
Alta dibinātāju veiktie pētījumi ir arī radījuši metodes saules bateriju veiktspējas palielināšanai. Fotoelementi darbojas, jo to absorbētie fotoni paaugstina pusvadītāja elektronu enerģijas līmeni, atbrīvojot tos, lai tie varētu plūst uz metāla kontaktiem un radīt strāvu. Taču viesabonējošos elektronus var izšķērdēt dažādos veidos, piemēram, siltumā. Tomēr gallija arsenīdā atbrīvotie elektroni bieži rekombinējas ar pozitīvi lādētiem caurumiem, lai no jauna izveidotu fotonus un sāktu procesu no jauna. Yablonovitch un Atwater veiktais darbs, lai izskaidrotu šo procesu, ir palīdzējis Alta projektēt šūnām izmantot šo fotonu pārstrādi, nodrošinot daudzas iespējas no jauna uztvert fotonus un pārvērst tos elektrībā.
Tādējādi Alta efektivitātes rekords: tās šūnas ir pārveidojušas 28,3 procentus saules gaismas elektrībā, turpretim silīcija saules bateriju augstākā efektivitāte ir 25 procenti, un parasti izmantotie plānslāņa saules materiāli nepārsniedz 20 procentus. Jablonovičs norāda, ka Altai ir labas izredzes galu galā pārspēt 30 procentu efektivitāti un tuvoties teorētiskajai robežai 33,4 procenti šāda veida šūnām.
Augstā efektivitāte apvienojumā ar gallija arsenīda spēju darboties salīdzinoši augstā temperatūrā un vājā apgaismojumā nozīmē, ka šūnas gada laikā var saražot divas vai trīs reizes vairāk enerģijas nekā parastās silīcija, saka Noriss. Un tas, protams, tieši nozīmē zemākas saules enerģijas cenas. Noriss saka, ka nav nepamatotas cerības, ka gallija arsenīda tehnoloģija varētu nodrošināt vienādas enerģijas izmaksas (parasti izmantots nozares rādītājs, kas ietver spēkstacijas celtniecības un ekspluatācijas izmaksas) septiņu centu apmērā par kilovatstundu. Par šādu cenu, saka Noriss, saules enerģija būtu konkurētspējīga ar fosilo kurināmo, tostarp dabasgāzi; jaunas gāzes stacijas ražo elektroenerģiju par aptuveni 10 centiem par kilovatstundu. Un tas samazinātu mūsdienu saules enerģiju, kuras ražošana, pēc Norisa teiktā, maksā aptuveni 20 centus par kilovatstundu.
Šādi skaitļi ir vilinoši. Taču Noriss steidzas atklāt vēl vienu: ražotnes celtniecība, kas spēj saražot pietiekami daudz saules moduļu, ģenerētu gigavatu jaudas, kas aptuveni atbilst vairāku vidēja lieluma spēkstaciju izlaidei, izmaksā aptuveni 1 miljardu dolāru. Es neredzu nevienu scenāriju, kurā mēs to darītu paši, viņš saka.
SOLINDRAS SPĒKS
Silīcija ieleja ir aizrāvusies ar tīrajām tehnoloģijām kopš 2000. gadu vidus, taču tai vēl ir jāizdomā kaut kas būtisks: kurš piegādās visu naudu, kas nepieciešama, lai paplašinātu enerģijas tehnoloģijas un celtu rūpnīcas to ražošanai? Riska investori varētu būt kvalificēti tehnoloģiju izvēlē, taču dažiem no viņiem ir pietiekami daudz naudas vai pacietības, kas nepieciešamas, lai konkurētu kapitālietilpīgā biznesā, piemēram, saules moduļu ražošanā. Solyndras sabrukums, kas uzcēla 733 miljonu dolāru vērtu rūpnīcu Fremontā, Kalifornijā, ir tikai pēdējais atgādinājums par to, kas var noiet greizi.
Alta vadošais investors Endijs Rapaports saka, ka viņš parasti atturas no investīcijām tīrās tehnoloģijās, tostarp fotoelementā. Viņš ierosina, ka daudzi saules enerģijas investori ir saderējuši, ka jaunuzņēmums varētu samazināt ražošanas robežizmaksas un tādējādi iegūt kādu tirgus daļu. Viņš saka, ka tā ir neveiksmes recepte, jo jums ir jāiztērē simtiem miljonu, lai uzbūvētu rūpnīcu, pirms zināt, vai jums ir kaut kas vērtīgs. Stratēģija šobrīd ir īpaši riskanta, jo fotoelementi kļūst par arvien konkurētspējīgāku preču biznesu un cenas turpina strauji kristies, radot kustīgu mērķi jaunai ražošanai. Taču tā vietā, lai mēģinātu radīt vērtību, veidojot ražošanas jaudu, Rappaport saka, Alta var gūt peļņu no sava intelektuālā īpašuma: mēs esam vienkārši un konsekventi teikuši, ka varam ātrāk palielināt jaudu un izveidot daudz spēcīgāku uzņēmumu, izmantojot partnerības, nevis palielinot un tērējot savus resursus. pašu kapitālu rūpnīcu celtniecībai.
Pašreizējie Altas investori ir GE, Sumitomo un Dow Chemical, kas nesen ieviesa jumta šindeļus, kuros ir iekļauti plānslāņa fotoelementi. (skatiet sadaļu Vai mēs varam būvēt rītdienas izrāvienus? 2012. gada janvāris/februāris) . Lai gan šie uzņēmumi ir ieguldījuši vairākās finansējuma kārtās — Alta līdz šim ir savākusi 120 miljonus USD —, galu galā Noriss vēlētos redzēt darījumus, piemēram, licences līgumus vai kopuzņēmumus, kuros ražotāji palielina jaudu, lai ražotu Alta saules baterijas vai izmantotu saules enerģijas tehnoloģiju. savos produktos. Lai to izdarītu, viņš saka, Alta vispirms ir jāatsakās no ražošanas tehnoloģijas riska, parādot potenciālajiem partneriem, ka gallija arsenīda saules moduļus faktiski var ražot ekonomiski konkurētspējīgā veidā.
Mazāk nekā jūdzes attālumā no galvenās mītnes Alta ķidā un atjauno ēku, kurā Netflix agrāk glabāja DVD noliktavu, pārvēršot to par 40 miljonus dolāru vērtu izmēģinājuma objektu, lai pārbaudītu tās aprīkojumu. Lai gan iekārta ir daudz mazāka nekā komerciāla saules enerģijas rūpnīca, tas joprojām nav mazs vai lēts uzņēmums. Noriss piesardzīgi raugās uz jaunajām kolonnām, kas nepieciešamas jumta pastiprināšanai, kurās būs jātur spēcīga ventilācija un emisiju kontroles aprīkojums. Taču Alta izpilddirektors kļūst arvien rosīgāks, tuvojoties gandrīz pabeigtajai objekta aizmugurējai daļai. Tur, vairākās baltās telpās, atrodas lielas pēc pasūtījuma izstrādātas laboratorijas aparāta versijas, ko izmanto saules bateriju izgatavošanai.
Tas, vai Alta gūs panākumus, galvenokārt būs atkarīgs no tā, cik labi šie ražošanas izgudrojumi darbosies. Izmēģinājuma iekārtas izmaksas varētu būt blāvas līdzās komerciāla mēroga saules enerģijas rūpnīcas cenas zīmei, taču tas joprojām ir būtisks ieguldījums uzņēmuma uzsākšanai. Un pat tad, kad Alta cītīgi cenšas panākt, lai objekts tiktu izveidots un darbotos līdz gada beigām, Noriss saka, tā izmanto apzinātu, metodisku pieeju apjoma palielināšanas procesam. Tas krasi kontrastē ar iepriekšējiem saules enerģijas jaunizveidotiem uzņēmumiem, kas iztērēja simtiem miljonu riska ieguldījumu, lai pēc iespējas ātrāk izveidotu rūpnīcas. Taču Alta piesardzīgo pieeju nedrīkst jaukt ar ambīciju trūkumu. Noriss saka, ka mērķis ir padarīt šo par fundamentālu, pārveidojošu tehnoloģiju.
Deivids Rotmans ir Tehnoloģiju apskats redaktors.