在過去的幾年中，太陽能電池板的成本暴跌，導致太陽能安裝率大大高于大多數(shù)分析師的預期。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，麻省理工學院和國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員概述了進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，硅的成本達到頂峰。但是這種方法遇到了一些困難：薄硅片太脆易碎，導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》雜志上的一篇論文中得到了詳細介紹，該論文由麻省理工學院的博士后Zhe Liu，機械工程教授Tonio Buonassisi以及其他五位麻省理工學院和NREL合著。

研究人員將他們的方法描述為“技術(shù)經(jīng)濟”，強調(diào)在這一點上，經(jīng)濟考慮與技術(shù)考慮一樣對實現(xiàn)太陽能電池板的可承受性的進一步改善至關(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)以每年約30%的速度持續(xù)增長。當今的硅光伏電池(這些太陽能電池板的核心)是由厚度為160微米的硅晶片制成的，但是隨著處理方法的改進，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)能力迅速擴大。那是因為擴張可能受到建造新工廠生產(chǎn)硅晶錠速度限制的限制，這些晶錠像薩拉米香腸一樣被切成薄片來制造晶圓。這些通常與太陽能電池制造廠本身分開的工廠往往需要大量資金和建造時間，這可能會導致太陽能電池板產(chǎn)能擴張的瓶頸。研究人員說，降低晶圓厚度可以緩解該問題。

這項研究研究了太陽能電池架構(gòu)的四種變體的效率水平，包括PERC(鈍化發(fā)射極和后接觸)電池以及其他先進的高效技術(shù)，比較了它們在不同厚度水平下的輸出。該團隊發(fā)現(xiàn)，使用當今改進的制造工藝，厚度低至40微米的性能實際上幾乎沒有下降。

Liu說：“我們發(fā)現(xiàn)(效率與厚度的關(guān)系圖中)效率是平坦的，這就是您可能節(jié)省一些錢的區(qū)域。” 他說，由于單元架構(gòu)的這些進步，“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，其收益遠遠超過了成本。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)，他說：“下降到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)的進一步改進，例如在微裂紋生長之前對其進行更好的檢測，可能有助于進一步減小厚度。

他說，將來，厚度有可能減小到15微米。他說，直接生長硅晶體薄晶圓而不是從更大的圓柱體上切下來的新技術(shù)可以幫助實現(xiàn)進一步的薄化。

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，如果要進一步改進，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，為前進和達成一致的標準制定一套具體的步驟，因為集成電路行業(yè)早就為實現(xiàn)這一目標而爆炸式增長了。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副研究員安德烈·奧古斯托(Andre Augusto)表示：“提煉硅和晶圓制造是太陽能電池板制造過程中最需要資本支出(capex)的部分。因此，在快速擴展將成為晶圓供應(yīng)的一個問題。變薄可以部分解決此問題，因為您可以在每臺機器上制造更多晶圓而不會顯著增加資本支出。” 他補充說，“薄晶圓可能在某些氣候條件下具有性能優(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，減少主流電池中硅用量的影響將是非常重大的。將光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴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教授之類的可信團體的意見，因為他們將在看到明顯的經(jīng)濟利益時做出這一轉(zhuǎn)變。”