在過去的幾年中，太陽能電池板的價格暴跌，導(dǎo)致太陽能安裝率大大高于大多數(shù)分析師的預(yù)期。但是，由于大多數(shù)節(jié)省成本的潛在領(lǐng)域已經(jīng)被推到了極致，要想進(jìn)一步降低成本變得越來越具有挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員概述了進(jìn)一步削減成本的途徑，這次是通過減薄硅電池本身。

以前，人們一直在研究更薄的硅電池，特別是在大約十二年前，由于供應(yīng)短缺，硅的成本達(dá)到頂峰。但是這種方法存在一些困難：薄硅片太脆易碎，導(dǎo)致制造過程中的損耗水平不可接受，并且效率較低。研究人員說，現(xiàn)在有辦法通過使用更好的處理設(shè)備以及太陽能電池架構(gòu)的一些最新發(fā)展來開始應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

新的發(fā)現(xiàn)在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上的一篇論文中有詳細(xì)介紹，該論文由麻省理工學(xué)院的博士后Zhe Liu，機(jī)械工程教授Tonio Buonassisi以及其他五位麻省理工學(xué)院和NREL合著。

研究人員將他們的方法描述為“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”，強(qiáng)調(diào)在這一點上，經(jīng)濟(jì)因素與技術(shù)因素一樣對于實現(xiàn)太陽能電池板的可承受性的進(jìn)一步提高至關(guān)重要。

研究人員說，目前，全球90％的太陽能電池板由晶體硅制成，并且該行業(yè)以每年30％的速度持續(xù)增長。當(dāng)今的硅光伏電池是這些太陽能電池板的核心，它由厚度為160微米的硅晶片制成，但是隨著處理方法的改進(jìn)，研究人員提出可以將其削薄至100微米，最終可以減少至40微米或更少，對于給定尺寸的面板，只需要四分之一的硅。

他們說，這不僅可以降低單個面板的成本，而且更重要的是，它可以使太陽能面板的生產(chǎn)能力迅速擴(kuò)大。那是因為擴(kuò)張受到制于新工廠生產(chǎn)速度的限制，這些工廠可以生產(chǎn)硅晶體錠，然后像薩拉米香腸一樣切成薄片來制造硅片。這些通常與太陽能電池制造廠分開的工廠往往耗資巨大且耗時，這可能會導(dǎo)致太陽能電池板產(chǎn)能擴(kuò)張的瓶頸。研究人員說，減小晶圓厚度可以潛在地緩解該問題。

這項研究研究了太陽能電池架構(gòu)的四個變體的效率水平，包括PERC（鈍化發(fā)射極和后接觸）電池以及其他先進(jìn)的高效技術(shù)，比較了它們在不同厚度水平下的輸出。研究小組發(fā)現(xiàn)，使用當(dāng)今改進(jìn)的制造工藝，厚度低至40微米的性能幾乎沒有下降。

Liu表示：“我們發(fā)現(xiàn)，在效率與厚度關(guān)系圖的這個區(qū)域中，效率是平坦的，因此這是您可以節(jié)省一些錢的區(qū)域。” 他說，由于單元架構(gòu)的這些進(jìn)步，“我們真的開始看到是時候重新審視成本收益了。”

劉說，更換大型的面板制造廠以適應(yīng)更薄的晶圓將是一個耗時且昂貴的過程，但分析表明，其收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了成本。他說，開發(fā)必要的設(shè)備和程序以花費更薄的材料將需要時間，但是使用現(xiàn)有技術(shù)，“降低到100微米應(yīng)該相對簡單，”這已經(jīng)可以節(jié)省很多錢。技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，例如在微裂紋生長之前對其進(jìn)行更好的檢測，可能有助于進(jìn)一步減小厚度。

他說，將來厚度可能會減小到15微米。他說，新技術(shù)可以直接生長硅晶體的薄晶圓，而不是從更大的圓柱體上切下來，這將有助于進(jìn)一步減薄。

近年來，由于硅的價格已經(jīng)從其早期的峰值下降了，因此薄硅的開發(fā)受到了很少的關(guān)注。但是，由于太陽能電池效率的降低以及太陽能電池板制造工藝和供應(yīng)鏈其他部分的成本降低，硅的成本再次成為可以有所作為的因素。

Buonassisi說：“效率只能提高幾個百分點。因此，如果要進(jìn)一步改進(jìn)，則必須走厚度方向。” 但是轉(zhuǎn)換將需要大量資本投資才能進(jìn)行全面部署。

他說，這項研究的目的是為那些可能正在計劃擴(kuò)大太陽能制造技術(shù)的人提供一個路線圖。他說，通過將路徑“具體化”，可以幫助公司將其納入其計劃中。他說：“有一條路。” “這并不容易，但是有一條路。對于先行者來說，優(yōu)勢是巨大的。”

他說，可能需要行業(yè)中的不同主要參與者齊心協(xié)力，為前進(jìn)和達(dá)成一致的標(biāo)準(zhǔn)制定一套具體的步驟，因為集成電路行業(yè)早就為實現(xiàn)這一目標(biāo)而爆炸式增長。行業(yè)。他說：“那將是真正的變革。”

與這項研究沒有關(guān)系的亞利桑那州立大學(xué)副研究員安德烈·奧古斯托（Andre Augusto）表示：“提煉硅和晶圓制造是制造太陽能電池板過程中資本要求最高的資本支出。因此，在快速擴(kuò)展，晶圓供應(yīng)可能會成為一個問題。變薄可以部分解決此問題，因為您可以在每臺機(jī)器上制造更多晶圓而不會顯著增加資本支出。” 他補(bǔ)充說，“薄晶圓在某些氣候下可能會帶來性能優(yōu)勢，”在溫暖的條件下表現(xiàn)更好。

與這項工作無關(guān)的格雷戈里·威爾遜咨詢公司的可再生能源分析師格雷戈里·威爾遜說：“正如論文所指出的那樣，減少主流電池中硅的使用量的影響將是非常重大的。將光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大到氣候變化問題所需的數(shù)兆瓦規(guī)模所需的總資本，另一個好處是生產(chǎn)硅 PV面板所需的能量，這是因為多晶硅的生產(chǎn)和硅錠的生長過程生產(chǎn)高效電池所需的能量非常消耗。”

威爾遜補(bǔ)充說：“主要的光伏電池和組件制造商需要聽取諸如MIT的Buonassisi教授之類的可信團(tuán)體的意見，因為他們將在看到明顯的經(jīng)濟(jì)利益時做出這一轉(zhuǎn)變。”