研究人员找到了一种将太阳能电池的生产成本降低10%以上的方法

2019-10-14 17:31:31

在有记录的最炎热的夏天结束之时,随着如何为房屋提供动力的斗争,可再生太阳能继续提供了一种选择,该选择不会显着增加温室气体的排放量,以换取我们的房屋照明和制冷。材料科学使它又获得了另一优势。在Energies发表的一项新研究中,研究人员找到了一种将太阳能电池的生产成本降低10%以上的方法。

密歇根理工学院材料科学和电气工程学教授约书亚·皮尔斯(Joshua Pearce)说:“提高电池单元的单位功率成本可能会对下游产生巨大影响。” 他说,太阳能的成本已经可以与传统形式的电力相比,并且是增长最快的能源。这10%的降幅应该将太阳能推向更前沿。

切换用于可再生能源的太阳能电池中的硅可降低成本

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,成本更低但效率更低的多晶硅。通过普通蚀刻来减少反射光,两种类型仍然会损失一些光,这使大多数太阳能电池板具有蓝色。

研究人员已经知道,采用干法刻蚀的纳米结构化硅可以使黑硅(black-Si)比标准刻蚀处理更有效地捕获光。Pearce说,它没有颜色,因为干法蚀刻工艺会采用通常平坦的硅表面,并将其“蚀刻成纳米级针状针叶林”。“那些针头抓住了光,不让它散开。这就像看着达斯·维达的眼睛一样。”

通常,具有许多表面缺陷的如此高的表面积会损害电气性能,但阿尔托大学的研究人员发现,当同时对硅进行适当的原子层沉积(ALD)涂层处理时,也会减轻表面缺陷的影响。

通常的想法是,干法蚀刻和ALD产生的黑硅电池的成本对于实际应用而言太昂贵了,特别是在一个行业中,利润空间非常狭窄,每个人都在努力将成本降低到最低水平,特别是在这种行业中。

然而,他们的研究结果甚至震惊了皮尔斯。研究人员确实发现,单个黑硅无源发射极后单元电池(PERC)的生产成本比常规电池高出15.8%至25.1%,但他们还发现,效率得到了提高,并且能够生产出价格更低的多晶硅原材料远远超过了这些额外的成本:总体而言,每单位功率的成本下降了10.8%。

通过材料科学实现可再生能源和太阳能生产的未来

在太阳能电池板上,黑色不仅比蓝色好。这些改进可能会开始在气候变化领域击败可再生能源的主要竞争对手。

皮尔斯说:“对于认为煤炭技术将能够与太阳能竞争的人们来说,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接近破产。” “未来煤炭绝对不可能与太阳能竞争。”

他补充说:“这项研究指出了光伏制造的未来将走向何方,以及各国可能想做些什么来赋予自己竞争优势。”

跨大西洋合作提高太阳能效率

皮尔斯(Pearce)在休假期间完成了这项研究,他是芬兰阿尔托大学(Aalto University)的富布赖特(Fulbright)杰出教授。他与Hele Savin的电子物理小组合作,可以访问他们在这些过程中的数据。研究人员还能够从非公开的公司获得有关制造成本的信息,但可以将其与已发表的有关太阳能电池的文献一起用于这项研究。

尽管太阳能电池的现货价格可能每天甚至是每小时都在变化,但结果仍然成立。他说:“与当天的数字相比,细胞类型之间的下降幅度为10%。” 这是因为比较是根据相对成本而不是绝对成本进行的。这就是为什么在计算中不考虑任意波动的关税的原因。

太阳能和可再生能源的下一步发展

皮尔斯(Pearce)表示,尽管仍可以优化生产过程以提高效率几个百分点,但这项研究的下一步是由政策制定者用来加速光伏制造。对于像中国这样已经在全球光伏制造业中占主导地位的国家来说,“做出相对较小的变化是微不足道的。” 目前制造许多制造设备的欧盟也应该“仔细研究扩大深反应性离子蚀刻和ALD工具的规模,以满足迅速增长的PV市场的需求。” 他希望像美国这样曾经在太阳能领域占主导地位的国家,将在政策层面上利用这一数据来超越国际制造商,并投资生产这种类型的太阳能电池的新机器。

他说:“我不知道哪种技术最终会成为主导太阳能领域的技术。”但是,研究表明,明显的经济动力将朝着干蚀刻黑硅PERC的方向发展。之前。”

这项研究是由来自芬兰阿尔托大学的Chiara Modanese,Hannu Laine,Toni Pasanen和Hele Savin进行的。

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