对于更便宜的太阳能电池，越薄越好

过去几年，太阳能电池板的成本大幅下降，导致太阳能装置的安装率远远高于多数分析师的预期。但随着大多数可能节省成本的领域已经达到极限，进一步削减成本的工作变得越来越难找。

现在，麻省理工学院和国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员已经提出了进一步削减成本的途径，这次是通过对硅电池本身进行瘦身。

更薄的硅电池以前也被开发过，特别是十几年前，由于供应短缺，硅的成本达到了顶峰。但是这种方法遇到了一些困难:薄的硅晶圆太脆和易碎，导致在制造过程中损失无法接受的水平，而且效率较低。研究人员表示，现在已经有办法通过使用更好的处理设备和太阳能电池结构的一些最新发展来解决这些挑战。

这项新发现发表在《能源与环境科学》杂志的一篇论文中，由麻省理工学院机械工程教授Tonio Buonassisi的博士后刘哲(音)以及麻省理工学院和NREL的其他五人共同撰写。

研究人员将他们的方法描述为“技术经济”，并强调在这一点上，经济因素与技术因素对于进一步提高太阳能电池板的可承受性同样重要。

研究人员说，目前，世界上90%的太阳能电池板是由结晶硅制成的，而且该行业还在以每年约30%的速度增长。今天的硅光伏电池,这些太阳能电池板的核心,是由160微米厚的硅晶片,但通过改进处理方法,研究人员认为这可能是刮到100微米,最终仅为40微米或更少,这将只需要尽可能多的硅对于一个给定的四分之一大小的面板。

他们表示，这不仅能降低单个电池板的成本，更重要的是，它还能让太阳能电池板的制造能力迅速扩大。这是因为新工厂生产硅晶锭的速度受到限制，硅晶锭被切成意大利香肠状，制成晶圆片。这些工厂通常与太阳能电池制造工厂本身是分开的，它们的建设往往是资本密集型和耗时的，这可能会导致太阳能电池板生产扩张速度的瓶颈。研究人员说，减少晶片厚度可能会缓解这一问题。

该研究考察了四种不同太阳能电池结构的效率水平，包括PERC(钝化发射极和背面接触)电池和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，即使厚度低至40微米，其性能也几乎没有下降。

“我们发现，在效率与厚度的图表中，有一个区域的效率是持平的，”刘说，“因此，在这个区域，你可能会省下一些钱。”他说，由于细胞结构的这些进步，“我们开始真正认识到，是时候重新考虑成本效益了。”

刘说，为了适应更薄的晶圆片，改变巨大的面板制造厂将是一个耗时且昂贵的过程，但分析表明，好处远远大于成本。他说，开发必要的设备和程序来制造更薄的材料需要时间，但以现有的技术，“将厚度降到100微米应该相对简单”，这已经可以节省大量的成本。进一步的技术改进，如在微裂纹生长之前更好地检测微裂纹，可能有助于进一步减少厚度。

他说，将来，厚度可能会减少到15微米。他说，新技术可以使硅晶片直接变薄，而不是从更大的圆柱体上切割，这有助于进一步细化。

近年来，由于硅的价格从早些时候的峰值下跌，薄硅的开发几乎没有受到关注。但他表示，由于太阳能电池效率以及太阳能电池板制造过程和供应链的其他部分已经出现了成本下降，硅的成本再次成为一个可能产生影响的因素。

“效率只能提高几个百分点。因此，如果你想要进一步改善，厚度是一条路，”Buonassisi说。但这种转变需要大量的资本投资才能全面展开。

他说，这项研究的目的是为那些可能计划扩大太阳能制造技术的人提供一个路线图。他说，通过使这条道路“具体而具体”，它可能有助于企业将其纳入自己的规划。“有一条路，”他说。“这并不容易，但有一条路。而对于先行者来说，优势是显著的。”

他表示，可能需要的是，该行业的不同关键参与者聚在一起，制定一套向前迈进的具体步骤和达成一致的标准，就像集成电路行业在早期所做的那样，以促进该行业的爆炸性增长。“那将是真正的变革，”他说。

亚利桑那州立大学的副研究员Andre Augusto没有参与这项研究，他说:“在制造太阳能电池板的过程中，硅和硅片的精炼是最需要资本支出的部分。因此，在快速扩张的情况下，晶圆供应可能成为一个问题。变薄在某种程度上解决了这个问题，因为你可以在每台机器上制造更多的晶圆，而不会显著增加资本支出。他补充说，“更薄的晶片可能在某些气候条件下带来性能优势，”在更温暖的条件下表现更好。

格雷戈里·威尔逊咨询公司(Gregory Wilson Consulting)的可再生能源分析师格雷戈里·威尔逊(Gregory Wilson)没有参与这项研究。最明显的收益是将光伏产业规模扩大到气候变化问题所需的多太瓦规模所需的资金总额。另一个好处是生产硅光伏板所需的能量。这是因为生产高效电池所需的多晶硅生产和锭生长过程是非常耗能的。”

Wilson补充说:“主要的光伏电池和组件制造商需要听取像麻省理工学院Buonassisi教授这样的可靠组织的意见，因为他们将在能够清楚地看到经济效益时做出这种转变。”

该团队还包括麻省理工学院的莎拉•索非亚(Sarah Sofia)、汉努•莱恩(Hannu Lane)、莎拉•威霍尔德(Sarah Wieghold)和马吕斯•彼得斯(Marius Peters)，以及NREL的迈克尔•伍德豪斯(Michael Woodhouse)。这项工作得到了美国能源部和麻省理工学院能源计划总能源奖学金的部分支持。