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改变硅蚀刻的类型会使太阳能发电成本降低

在有史以来最热的夏季之一结束时,作为关于如何为家庭愤怒提供动力的斗争,可再生太阳能继续提供一种选择,不会显着增加温室气体到环境,以换取照明和冷却我们的家园。它刚刚通过材料科学获得了另一个优势。

在Energies发表的一项新研究中,研究人员发现了一种将太阳能电池生产成本降低10%以上的方法。

密歇根理工大学材料科学与电气工程教授约书亚皮尔斯说:“提高电池单位的单位功率成本可以在下游产生巨大影响。” 他说,太阳能的成本已经与传统的电力形式相当,是增长最快的能源。这10%的下降应该将太阳能推向前列更快。

将太阳能电池中使用的硅转换为可再生能源可降低成本

硅是太阳能光伏(PV)电池中使用的标准光捕获材料。它有两种主要形式:成本更高,效率更高的完美晶体和成本更低的多晶硅,但效率更低。通过普通的蚀刻来减少反射光,这两种类型仍然会失去一些光,这使得大多数太阳能电池板都具有蓝色。

研究人员已经知道,使用干法蚀刻的纳米纹理化硅使得黑色硅(黑色硅)比标准蚀刻处理更有效地捕获光。它没有颜色,因为干蚀刻工艺需要一个通常平坦的硅表面并“将其蚀刻到纳米级针叶林中”,Pearce说。“那些针抓住光线,不让它逃脱。这就像是看着达斯维达的眼睛。”

通常这种具有许多表面缺陷的高表面积会损害电性能,但阿尔托大学的研究人员发现,当硅也用适当的原子层沉积(ALD)涂层处理时,表面缺陷的影响也会减轻。

典型的想法是干蚀刻和ALD的黑硅电池的成本对于实际使用来说太昂贵了,特别是在皮尔斯说,“利润非常紧张的行业中。每个人都试图尽可能降低成本。”

然而,他们的研究结果甚至震惊了皮尔斯。虽然研究人员确实发现单个黑色硅无源发射器后部电池(PERC)的生产比制造传统电池贵15.8%至25.1%,但他们还发现效率提高并且能够获得更便宜的多晶硅起始材料远远超过了这些额外成本:总体而言,每单位电力成本下降了10.8%。

通过材料科学实现可再生能源和太阳能生产的未来

在太阳能电池板方面,黑色不仅比蓝色更好。这些改进可能会开始在气候变化领域击败可再生能源的顶级能源竞争对手。

“对于那些认为煤炭技术将能够与太阳能竞争的人来说,他们应该知道太阳能成本仍在下降。大多数煤炭公司现在已经或即将破产,”皮尔斯说。“未来煤炭无法与太阳能竞争。”

他补充说:“这项研究指出了光伏制造业未来的发展方向以及各国可能希望为自己提供竞争优势的目标。”

跨大西洋合作提高太阳能效率

皮尔斯在休假期间完成了这项研究,担任芬兰阿尔托大学的富布赖特特聘主席。他曾与Hele Savin的电子物理小组合作,并可以访问他们关于这些过程的数据。研究人员还能够获得公司制造成本的信息,这些公司不是公开的,但是被允许用于本研究,以及已发表的太阳能电池文献。

虽然太阳能电池的现货价格可能会逐日变化 - 甚至可能每小时变化 - 但结果仍然有效。“无论当天的数量是多少,细胞类型之间都有10%的下降,”他说。这是因为比较是相对成本而非绝对成本。这也是为什么任意波动的关税没有计入计算的原因。

太阳能和可再生能源的下一步是什么

Pearce表示,尽管生产过程仍然可以进行优化以提高效率,但本研究的下一步将是政策制定者用于加速光伏制造。对于像中国这样已经占据全球光伏制造业主导地位的国家来说,“做出这个相对较小的改变是非常微不足道的。” 目前生产大量制造设备的欧盟也应该“仔细考虑扩大深反应离子蚀刻和ALD工具,以满足快速发展的光伏市场的需求。” 他希望曾经主宰太阳能领域的美国这样的国家将在政策层面利用这些数据来跳跃国际制造商,并投资生产制造这些类型太阳能电池的新机器。

“我不知道哪种技术最终将成为主导太阳能领域的技术,”他表示,“然而这项研究显示了明显的经济动力,朝着干蚀刻的黑硅PERC的方向前进,而不是那里之前。”

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