09.05 改變硅蝕刻的類型可以使太陽能的成本降低10%以上

改變硅蝕刻的類型可以使太陽能的成本降低10%以上

在一個有記錄以來最熱的夏天即將結束之際，關於如何為家庭提供能源的爭論正愈演愈烈，可再生太陽能仍然是一種選擇，它不會顯著增加環境中的溫室氣體，以換取我們家庭的照明和降溫。它只是通過材料科學被賦予了另一種優勢。

在《能源》雜誌上發表的一項新研究中，研究人員發現了一種方法，可以將太陽能電池的生產成本降低10%以上。

密歇根理工大學材料科學與電氣工程教授喬舒亞•皮爾斯(Joshua Pearce)表示:“在電池層面提高單位電力成本，可能對下游產生巨大影響。”這10%的降幅應該會讓太陽能更快地走在前列。

將太陽能電池中的硅轉換成可再生能源降低了成本

硅是用於太陽能光伏電池的標準光捕捉材料。它主要有兩種形式:成本更高、效率更高的完美晶體和成本更低但效率更低的多晶硅。通過普通的蝕刻來減少反射光，這兩種類型的太陽能板仍然會損失一些光，這就是為什麼大多數太陽能板都是藍色的。

研究人員已經知道，用幹法蝕刻的納米硅結構使黑硅(black si)比標準蝕刻處理更有效地捕捉光。它沒有顏色，因為乾燥的蝕刻過程需要一個通常平坦的硅表面，“將它蝕刻成納米級的針葉森林，”皮爾斯說。“那些針抓住燈，別讓它跑掉。”就像看著達斯·維德的眼睛

通常如此高的表面積有許多表面缺陷會損害電氣性能，但阿爾託大學的研究人員發現，當硅也用適當的原子層沉積(ALD)塗層處理時，表面缺陷的影響就會減輕。

典型的想法是，來自幹蝕刻和ALD的黑色硅電池的成本對於實際使用來說過於昂貴，尤其是在一個“利潤極其微薄”的行業，皮爾斯說。每個人都在儘可能壓低成本。

然而，他們的研究結果甚至震驚了皮爾斯。雖然研究人員確實發現生產個人black-Si被動發射器後細胞25.1%和15.8之間(PERC)比製造傳統電池更貴,他們還發現,提高效率和能力去便宜multicrystalline硅原料遠遠超過這些額外的成本:總的來說,單位成本下降了10.8%。

未來可再生能源和太陽能生產通過材料科學

在太陽能電池板方面，黑色不僅比藍色好。這些改進可能開始在氣候變化領域擊敗可再生能源的頭號競爭對手。

“對於那些認為煤炭技術將能夠與太陽能競爭的人來說，他們應該知道太陽能成本仍在下降。大多數煤炭公司已經或即將破產，”皮爾斯說。“在未來，煤炭將無法與太陽能競爭。”

他補充說:“這項研究指出了光伏製造業的未來走向，以及各國可能想做些什麼來給自己帶來競爭優勢。”

跨大西洋合作提高太陽能利用效率

皮爾斯在休年假期間作為芬蘭阿爾託大學的富布賴特傑出主席完成了這項研究。他與Hele Savin的電子物理小組合作，獲得了他們關於這些過程的數據。研究人員還可以從公司獲得有關製造成本的信息，這些信息是不公開的，但允許用於這項研究，同時還可以利用已發表的有關太陽能電池的文獻。

儘管太陽能電池的現貨價格可能會一天一天、甚至一個小時發生變化，但結果依然如此。他說:“不管那天的數字是多少，細胞類型之間的差異都會減少10%。”這是因為比較是相對成本，而不是絕對成本。這也是為什麼在計算中沒有考慮任意波動的關稅。

太陽能和可再生能源的下一步是什麼

皮爾斯說，雖然生產過程仍然可以優化，以提高几個百分點的效率，但這項研究的下一步是由政策制定者用來加速光伏製造。對於已經主導全球光伏製造業的中國這樣的國家來說，“做出這種相對較小的改變是微不足道的。”歐盟目前生產大量的製造設備，也應該“認真考慮擴大深度反應離子刻蝕和ALD刻蝕工具的規模，以滿足迅速擴張的光伏市場的需求”。他希望像美國這樣的國家該公司曾在太陽能領域佔據主導地位。該公司將在政策層面利用這些數據，飛躍青蛙國際(frog international)，並投資生產製造這種太陽能電池的新機器。

“我不知道哪一種技術最終會主導太陽能領域，”他說，但“這項研究顯示，朝著以前不存在的幹蝕刻黑色硅碳棒的方向發展，有明顯的經濟推動力。”