美研究人员通过减薄硅电池本身进一步削减光伏成本

在过去的几年中，太阳能电池板的价格暴跌，导致太阳能安装率大大高于大多数分析师的预期。但是，由于大多数节省成本的潜在领域已经被推到了极致，要想进一步降低成本变得越来越具有挑战性。

现在，麻省理工学院和美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员概述了进一步削减成本的途径，这次是通过减薄硅电池本身。

以前，人们一直在研究更薄的硅电池，特别是在大约十二年前，由于供应短缺，硅的成本达到顶峰。但是这种方法存在一些困难：薄硅片太脆易碎，导致制造过程中的损耗水平不可接受，并且效率较低。研究人员说，现在有办法通过使用更好的处理设备以及太阳能电池架构的一些最新发展来开始应对这些挑战。

新的发现在《能源与环境科学》杂志上的一篇论文中有详细介绍，该论文由麻省理工学院的博士后Zhe Liu，机械工程教授Tonio Buonassisi以及其他五位麻省理工学院和NREL合着。

研究人员将他们的方法描述为“技术经济”，强调在这一点上，经济因素与技术因素一样对于实现太阳能电池板的可承受性的进一步提高至关重要。

研究人员说，目前，全球90％的太阳能电池板由晶体硅制成，并且该行业以每年30％的速度持续增长。当今的硅光伏电池是这些太阳能电池板的核心，它由厚度为160微米的硅晶片制成，但是随着处理方法的改进，研究人员提出可以将其削薄至100微米，最终可以减少至40微米或更少，对于给定尺寸的面板，只需要四分之一的硅。

他们说，这不仅可以降低单个面板的成本，而且更重要的是，它可以使太阳能面板的生产能力迅速扩大。那是因为扩张受到制于新工厂生产速度的限制，这些工厂可以生产硅晶体锭，然后像萨拉米香肠一样切成薄片来制造硅片。这些通常与太阳能电池制造厂分开的工厂往往耗资巨大且耗时，这可能会导致太阳能电池板产能扩张的瓶颈。研究人员说，减小晶圆厚度可以潜在地缓解该问题。

这项研究研究了太阳能电池架构的四个变体的效率水平，包括PERC（钝化发射极和后接触）电池以及其他先进的高效技术，比较了它们在不同厚度水平下的输出。研究小组发现，使用当今改进的制造工艺，厚度低至40微米的性能几乎没有下降。

Liu表示：“我们发现，在效率与厚度关系图的这个区域中，效率是平坦的，因此这是您可以节省一些钱的区域。” 他说，由于单元架构的这些进步，“我们真的开始看到是时候重新审视成本收益了。”

刘说，更换大型的面板制造厂以适应更薄的晶圆将是一个耗时且昂贵的过程，但分析表明，其收益远远超过了成本。他说，开发必要的设备和程序以花费更薄的材料将需要时间，但是使用现有技术，“降低到100微米应该相对简单，”这已经可以节省很多钱。技术的进一步改进，例如在微裂纹生长之前对其进行更好的检测，可能有助于进一步减小厚度。

他说，将来厚度可能会减小到15微米。他说，新技术可以直接生长硅晶体的薄晶圆，而不是从更大的圆柱体上切下来，这将有助于进一步减薄。

近年来，由于硅的价格已经从其早期的峰值下降了，因此薄硅的开发受到了很少的关注。但是，由于太阳能电池效率的降低以及太阳能电池板制造工艺和供应链其他部分的成本降低，硅的成本再次成为可以有所作为的因素。

Buonassisi说：“效率只能提高几个百分点。因此，如果要进一步改进，则必须走厚度方向。” 但是转换将需要大量资本投资才能进行全面部署。

他说，这项研究的目的是为那些可能正在计划扩大太阳能制造技术的人提供一个路线图。他说，通过将路径“具体化”，可以帮助公司将其纳入其计划中。他说：“有一条路。” “这并不容易，但是有一条路。对于先行者来说，优势是巨大的。”

他说，可能需要行业中的不同主要参与者齐心协力，为前进和达成一致的标准制定一套具体的步骤，因为集成电路行业早就为实现这一目标而爆炸式增长。行业。他说：“那将是真正的变革。”

与这项研究没有关系的亚利桑那州立大学副研究员安德烈·奥古斯托（Andre Augusto）表示：“提炼硅和晶圆制造是制造太阳能电池板过程中资本要求最高的资本支出。因此，在快速扩展，晶圆供应可能会成为一个问题。变薄可以部分解决此问题，因为您可以在每台机器上制造更多晶圆而不会显着增加资本支出。” 他补充说，“薄晶圆在某些气候下可能会带来性能优势，”在温暖的条件下表现更好。

与这项工作无关的格雷戈里·威尔逊咨询公司的可再生能源分析师格雷戈里·威尔逊说：“正如论文所指出的那样，减少主流电池中硅的使用量的影响将是非常重大的。将光伏产业规模扩大到气候变化问题所需的数兆瓦规模所需的总资本，另一个好处是生产硅 PV面板所需的能量，这是因为多晶硅的生产和硅锭的生长过程生产高效电池所需的能量非常消耗。”

威尔逊补充说：“主要的光伏电池和组件制造商需要听取诸如MIT的Buonassisi教授之类的可信团体的意见，因为他们将在看到明显的经济利益时做出这一转变。”