改变硅蚀刻的类型可以使太阳能的成本降低10%以上

改变硅蚀刻的类型可以使太阳能的成本降低10%以上


改变硅蚀刻的类型可以使太阳能的成本降低10%以上_第1张图片

在一个有记录以来最热的夏天即将结束之际,关于如何为家庭提供能源的争论正愈演愈烈,可再生太阳能仍然是一种选择,它不会显著增加环境中的温室气体,以换取我们家庭的照明和降温。它只是通过材料科学被赋予了另一种优势。

在《能源》杂志上发表的一项新研究中,研究人员发现了一种方法,可以将太阳能电池的生产成本降低10%以上。

密歇根理工大学材料科学与电气工程教授乔舒亚•皮尔斯(Joshua Pearce)表示:“在电池层面提高单位电力成本,可能对下游产生巨大影响。”这10%的降幅应该会让太阳能更快地走在前列。

将太阳能电池中的硅转换成可再生能源降低了成本

硅是用于太阳能光伏电池的标准光捕捉材料。它主要有两种形式:成本更高、效率更高的完美晶体和成本更低但效率更低的多晶硅。通过普通的蚀刻来减少反射光,这两种类型的太阳能板仍然会损失一些光,这就是为什么大多数太阳能板都是蓝色的。

研究人员已经知道,用干法蚀刻的纳米硅结构使黑硅(black si)比标准蚀刻处理更有效地捕捉光。它没有颜色,因为干燥的蚀刻过程需要一个通常平坦的硅表面,“将它蚀刻成纳米级的针叶森林,”皮尔斯说。“那些针抓住灯,别让它跑掉。”就像看着达斯·维德的眼睛

通常如此高的表面积有许多表面缺陷会损害电气性能,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,表面缺陷的影响就会减轻。

典型的想法是,来自干蚀刻和ALD的黑色硅电池的成本对于实际使用来说过于昂贵,尤其是在一个“利润极其微薄”的行业,皮尔斯说。每个人都在尽可能压低成本。

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生产个人black-Si被动发射器后细胞25.1%和15.8之间(PERC)比制造传统电池更贵,他们还发现,提高效率和能力去便宜multicrystalline硅原料远远超过这些额外的成本:总的来说,单位成本下降了10.8%。

未来可再生能源和太阳能生产通过材料科学

在太阳能电池板方面,黑色不仅比蓝色好。这些改进可能开始在气候变化领域击败可再生能源的头号竞争对手。

“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。大多数煤炭公司已经或即将破产,”皮尔斯说。“在未来,煤炭将无法与太阳能竞争。”

他补充说:“这项研究指出了光伏制造业的未来走向,以及各国可能想做些什么来给自己带来竞争优势。”

跨大西洋合作提高太阳能利用效率

皮尔斯在休年假期间作为芬兰阿尔托大学的富布赖特杰出主席完成了这项研究。他与Hele Savin的电子物理小组合作,获得了他们关于这些过程的数据。研究人员还可以从公司获得有关制造成本的信息,这些信息是不公开的,但允许用于这项研究,同时还可以利用已发表的有关太阳能电池的文献。

尽管太阳能电池的现货价格可能会一天一天、甚至一个小时发生变化,但结果依然如此。他说:“不管那天的数字是多少,细胞类型之间的差异都会减少10%。”这是因为比较是相对成本,而不是绝对成本。这也是为什么在计算中没有考虑任意波动的关税。

太阳能和可再生能源的下一步是什么

皮尔斯说,虽然生产过程仍然可以优化,以提高几个百分点的效率,但这项研究的下一步是由政策制定者用来加速光伏制造。对于已经主导全球光伏制造业的中国这样的国家来说,“做出这种相对较小的改变是微不足道的。”欧盟目前生产大量的制造设备,也应该“认真考虑扩大深度反应离子刻蚀和ALD刻蚀工具的规模,以满足迅速扩张的光伏市场的需求”。他希望像美国这样的国家该公司曾在太阳能领域占据主导地位。该公司将在政策层面利用这些数据,飞跃青蛙国际(frog international),并投资生产制造这种太阳能电池的新机器。

“我不知道哪一种技术最终会主导太阳能领域,”他说,但“这项研究显示,朝着以前不存在的干蚀刻黑色硅碳棒的方向发展,有明显的经济推动力。”

你可能感兴趣的:(改变硅蚀刻的类型可以使太阳能的成本降低10%以上)