新技术有望大幅降低太阳能面板成本

最近发表在英国皇家化学学会《能源与环境科学》杂志的一项研究表明，10年之后，美国的太阳能面板造价将低于现有价格的一半，足以与化石能源相竞争。面板造价的降低，既可能源于采用了一些实验室已经展示过的技术，也可能源于目前大多数面板制造所需要的材料——硅成本的降低。麻省理工学院机械工程与制造系教授Tonio Buonassisi领导的研究小组的报告中给出了一些有望将太阳能面板成本降低到52美分/瓦的早期技术。现阶段，太阳能发电的价格为1美元/瓦。如果面板成本降到每瓦52美分，同时太阳能设施和逆变器等设备成本也以同样速度下降的话，在美国阳光充足的地方，太阳能发电价格可以降到6美分/千瓦时。这个价格已经低于美国目前电力价格的平均水平。按照美国能源部公布的数据，目前，阳光充足地区的太阳能成本已经大约是15美分/千瓦时。降低每瓦价格的最好办法是使太阳能电池效率更高。不过，仅仅靠效率的提高还不足以达到52美分/瓦的程度。制造商还要通过使用更薄的硅晶片生产太阳能电池，也要改进硅晶片的制备方式来减少硅材料的浪费，更要提高电池的生产效率。如果高效太阳能电池的设计会降低电池的生产效率，或者高效电池需要更厚的晶片，那就无法削减生产成本。现在的生产工艺浪费了50%的高品质硅。一家名为1366技术公司的新企业可以从熔融的硅池中直接拉出硅薄片。这项技术可以用一台设备替代常规的晶体生长炉等设备，大大降低操作工人数量。还有一些初创企业则采用化学腐蚀或者剥离的方法来生产薄硅片。有了薄硅片以后，制造商还需要能够处理薄硅片。从技术上来讲，硅太阳能电池减薄到25微米且不降低其性能是可行的，但现在大多数制造商都在用180微米的晶片以保证电池强度。一种处理薄硅片的方法是把薄硅片键合到玻璃片上，用玻璃片作为支撑；当太阳能电池生产完毕后，玻璃片还可以保护太阳能电池免遭恶劣天气等环境因素的损坏。此外，磁悬浮系统可以使晶片在生产线上浮动，也可以用来处理薄晶片。有一些高效太阳能电池的设计有助于采用薄晶片。其中一种是把一层多晶硅夹在两层非晶硅中间，日本三洋公司就正在采用这种办法。这种对称结构降低了晶片所受的应力，同时还可以在比常规制备温度低的条件下生产。还有一些电池结构设计也可以使用薄硅片，其中一种就像美国Sunpower公司的技术，把所有的电极接触都制备在晶片的背面。报告中所述的技术大多还没有达到大规模生产的程度，特别是不用线锯切割生产硅片的技术还存在诸如制备晶片质量不够高、形状和尺寸无法保证、稳定性不好、效率低下等问题。要使太阳能发电更具竞争力，电站建设也要减低成本。电力设施、逆变器、线路、土地以及融资成本等等占太阳能电站成本的一半，甚至有时占80%以上。据Buonassisi分析，最终太阳能面板价格可以降到50美分/瓦。但这需要开发更具挑战性的方法，例如加入一个纳米结构薄层提高光吸收效率，从而使只有1微米厚的硅电池的性能和传统结构电池不相上下。（来源：中国科学报计红梅）