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編者按：在Energies發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種將太陽能電池生產(chǎn)成本降低10%以上的方法。

在有史以來最熱的夏季之一結(jié)束時(shí)，作為關(guān)于如何為家庭憤怒提供動(dòng)力的斗爭，可再生太陽能繼續(xù)提供一種選擇，不會(huì)顯著增加溫室氣體到環(huán)境，以換取照明和冷卻我們的家園。可再生太陽能剛剛通過材料科學(xué)獲得了另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

在Energies發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種將太陽能電池生產(chǎn)成本降低10%以上的方法。

密歇根理工大學(xué)材料科學(xué)與電氣工程教授約書亞皮爾斯說：“提高電池水平的單位功率成本可以在下游產(chǎn)生巨大影響。” 他說，太陽能的成本已經(jīng)與傳統(tǒng)形式的電力相媲美，是增長最快的能源。這10%的下降應(yīng)該將太陽能推向前列更快。

將太陽能電池中使用的硅轉(zhuǎn)換為可再生能源可降低成本

硅是太陽能光伏(PV)電池中使用的標(biāo)準(zhǔn)光捕獲材料。它有兩種主要形式：成本更高，效率更高的完美晶體和成本更低的多晶硅，但效率更低。通過普通蝕刻來減少反射光，這兩種類型仍然會(huì)失去一些光，這就是大多數(shù)太陽能電池板的藍(lán)色。

研究人員已經(jīng)知道，使用干法蝕刻的納米紋理化硅使得黑色硅(黑色硅)比標(biāo)準(zhǔn)蝕刻處理更有效地捕獲光。它沒有顏色，因?yàn)楦晌g刻過程需要一個(gè)通常平坦的硅表面并“將其蝕刻到納米級(jí)針葉林中”，皮爾斯說。“那些針抓住光線，不讓它逃脫。就像看著達(dá)斯維達(dá)的眼睛。”

通常這種具有許多表面缺陷的高表面積會(huì)損害電性能，但阿爾托大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅也用適當(dāng)?shù)脑訉映练e(ALD)涂層處理時(shí)，表面缺陷的影響得到緩解。

典型的想法是，干蝕刻和ALD的黑硅電池的成本對(duì)于實(shí)際使用來說太昂貴了，特別是在皮爾斯說，“利潤非常緊張的行業(yè)中。每個(gè)人都試圖盡可能降低成本。”

然而，他們的研究結(jié)果甚至震驚了皮爾斯。雖然研究人員確實(shí)發(fā)現(xiàn)單個(gè)黑色硅無源發(fā)射器后部電池(PERC)的生產(chǎn)比制造傳統(tǒng)電池貴15.8%至25.1%，但他們還發(fā)現(xiàn)效率提高并且能夠獲得更便宜的多晶硅起始材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這些額外成本：總體而言，每單位電力成本下降了10.8%。

通過材料科學(xué)實(shí)現(xiàn)可再生能源和太陽能生產(chǎn)的未來

在太陽能電池板方面，黑色不僅比藍(lán)色更好。這些改進(jìn)可能會(huì)在氣候變化領(lǐng)域開始擊敗可再生能源的頂級(jí)能源競(jìng)爭對(duì)手。

“對(duì)于那些認(rèn)為煤炭技術(shù)將能夠與太陽能競(jìng)爭的人來說，他們應(yīng)該知道太陽能成本仍在下降。大多數(shù)煤炭公司現(xiàn)在已經(jīng)或幾乎已經(jīng)破產(chǎn)，”皮爾斯說。“未來煤炭無法與太陽能競(jìng)爭。”

他補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究指出了光伏制造業(yè)未來的發(fā)展方向以及各國可能希望為自己提供競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)的目標(biāo)。”

跨大西洋合作提高太陽能效率

皮爾斯在休假時(shí)完成了這項(xiàng)研究，擔(dān)任芬蘭阿爾托大學(xué)的富布賴特特聘主席。他曾與Hele Savin的電子物理小組合作，并可以訪問他們關(guān)于這些過程的數(shù)據(jù)。研究人員還能夠獲得公司制造成本的信息，這些公司不是公開的，但是被允許用于本研究，以及已發(fā)表的太陽能電池文獻(xiàn)。

雖然太陽能電池的現(xiàn)貨價(jià)格可能會(huì)逐日變化 - 甚至可能每小時(shí)變化 - 但結(jié)果仍然有效。“無論當(dāng)天的數(shù)量是多少，細(xì)胞類型之間都有10%的下降，”他說。這是因?yàn)楸容^是相對(duì)成本而非絕對(duì)成本。這也是為什么任意波動(dòng)的關(guān)稅沒有計(jì)入計(jì)算的原因。

太陽能和可再生能源的下一步是什么

Pearce表示，盡管生產(chǎn)過程仍然可以進(jìn)行優(yōu)化以提高效率，但本研究的下一步將是政策制定者用于加速光伏制造。對(duì)于像中國這樣已經(jīng)占據(jù)全球光伏制造業(yè)主導(dǎo)地位的國家來說，“做出這個(gè)相對(duì)較小的改變是非常微不足道的。” 目前生產(chǎn)大量制造設(shè)備的歐盟也應(yīng)該“仔細(xì)考慮擴(kuò)大深反應(yīng)離子蝕刻和ALD工具，以滿足快速發(fā)展的光伏市場(chǎng)的需求。” 他希望曾經(jīng)主宰太陽能領(lǐng)域的美國這樣的國家將在政策層面利用這些數(shù)據(jù)來跨越國際制造商，并投資生產(chǎn)制造這類太陽能電池的新機(jī)器。

“我不知道哪種技術(shù)最終會(huì)成為主導(dǎo)太陽能領(lǐng)域的技術(shù)，”他表示，“然而這項(xiàng)研究顯示了明顯的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力，朝著干蝕刻的黑硅PERC的方向前進(jìn)，而不是那里之前。” 

原標(biāo)題：改變硅蝕刻的類型會(huì)使太陽能發(fā)電成本降低10％以上