太陽能光伏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。在價(jià)格方面,亞洲太陽能制造商是各中翹楚。如今,德國(guó)弗勞恩霍夫(Fraunhofer)協(xié)會(huì)研究人員正致力于設(shè)計(jì)一個(gè)新型涂層工藝以及薄層系統(tǒng),兩者皆有助于大幅降低太陽能電池的價(jià)格以及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)重回德國(guó)太陽能制造商手里。
位于德國(guó)Braunschweig市的表面工程與薄膜弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)(全稱the Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films 以下簡(jiǎn)稱IST)宣布,科學(xué)家們將于第29屆歐洲國(guó)際光伏巡回展會(huì)上展示這些新型工藝。
IST支持德國(guó)本土制造商
IST強(qiáng)調(diào),亞洲生產(chǎn)的廉價(jià)產(chǎn)品令德國(guó)本土制造商步履維艱。不過目前,弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)正在給這些企業(yè)提供支持。這就是他們正在研發(fā)的旨在大幅降低太陽能電池價(jià)格的工程涂層工藝與薄膜系統(tǒng)。
熱線替代等離子
光伏行業(yè)將希望放在轉(zhuǎn)換效率超23%的太陽能電池上。這些“HIT”(中文全稱“異質(zhì)結(jié)與內(nèi)在薄層”,英文全稱Heterojunction with Intrinsic Thin layer,以下簡(jiǎn)稱HIT)電池含有帶有額外硅質(zhì)薄層的晶體硅吸收器。至今為止,制造商們使用等離子CVD(全稱Chemical Vapor Deposition)工藝將這些薄層附在基底:反應(yīng)室里充滿了四氫化硅與晶體硅基底。等離子激活氣體,從而令硅氫鍵斷裂(編輯注:四氫化硅的分子式為SiH4。SiH4由硅-氫鍵鏈接,等離子激活氣體,從而促使硅-氫鍵斷裂)。
可以自由活動(dòng)的硅原子以及硅氫殘留物質(zhì)附著在基底表面。不過,由此產(chǎn)生了一個(gè)問題:等離子只能激活10-15%的硅烷氣體,余下85-90%的氣體卻被丟失。這無疑會(huì)大幅增加成本。
如今,IST研究人員更換了這個(gè)工藝。他們舍棄等離子,而采用熱絲激活氣體。
IST部門主管Lothar Schäfer博士解釋道:“通過這種方式,幾乎所有的硅烷氣體得以使用,因此我們可以將85-90%的氣體恢復(fù)使用,要知道這類氣體價(jià)格昂貴。這還可以令層面的整體生產(chǎn)成本下降50%。相比于硅烷氣體的價(jià)格,該工藝所需要的金屬絲價(jià)格可以忽略不計(jì)。
等離子CVD促使系統(tǒng)技術(shù)愈加容易
比用傳統(tǒng)的等離子CVD,快五倍的速度涂層薄膜變得可行,并且仍可維持相同的品質(zhì)。研究人員將薄膜涂布在50~60平方公分的面積上。系統(tǒng)技術(shù)比等離子CVD技術(shù)更為容易,因此系統(tǒng)價(jià)格將大幅下降。發(fā)電機(jī)生產(chǎn)電流加熱金屬絲的成本僅為等離子CVD工藝的十分之一。
工藝亦適用于薄膜太陽能電池
此外,這類工藝也適用于薄膜太陽能電池。鑒于轉(zhuǎn)換效率略高于10%,薄膜太陽能電池的收益也相對(duì)溫和。不過通過三倍的太陽能電池(比如將三塊電池疊加在一起 ),轉(zhuǎn)換效率將大幅上升。
不過存在另一個(gè)問題。在使用等離子CVD涂層時(shí),三重電池會(huì)導(dǎo)致大額物質(zhì)損失,這令三重太陽能電池變得昂貴。因此,研究人員為其研發(fā)的工藝探索另一個(gè)潛在用途:新涂層工藝可以令電池更為經(jīng)濟(jì)有效。如果稀有而有效的鍺元素得以運(yùn)用,三重電池有望保持長(zhǎng)久的功效。不過,鍺元素也相當(dāng)昂貴。為了令其成為一個(gè)有利可圖的選擇,在熱絲CVD工藝過程中,應(yīng)該盡可能的避免鍺元素的損失。
鍍膜工藝中節(jié)約35%的導(dǎo)電氧化物薄膜
光伏電池所產(chǎn)生的電力會(huì)流出以便可以被利用。為了確保這個(gè)過程,連接電網(wǎng)的金屬通常被蒸發(fā)到太陽能電池上。不過對(duì)于HIT電池而言,電網(wǎng)還不夠。整個(gè)表面還需要透明導(dǎo)電性層。
鍍膜工藝過程:由摻鋁氧化鋅或氧化銦鋅制成的瓷磚分裂,分裂的組織附著在表面,產(chǎn)生薄層。不過,瓷磚也非常昂貴。因此,IST研究人員使用金屬磚瓦。相比于瓷磚,金屬磚瓦的價(jià)格便宜了近80%。電子控制可以確保金屬磚瓦不被氧化。
IST部門總經(jīng)理Volker Sittinger博士表示:“盡管控制開支上漲,但我們?nèi)钥梢詫⑸a(chǎn)過程的成本下降35%。”
該研究小組計(jì)劃將兩個(gè)工藝結(jié)合起來,以便令薄涂層太陽能電池更經(jīng)濟(jì)有效,最終的結(jié)果就是我們都想看到的,那就是更加有利可圖。
Sittinger博士表示:“你可以使用熱絲CVD制造所有硅層,以及通過濺射金屬磚瓦生產(chǎn)所有透明的導(dǎo)電層。原則上,這些工藝應(yīng)該適用于大號(hào)電池。”
不過,被研發(fā)的工藝還未完全轉(zhuǎn)化為制造工藝。研究人員表示,這類工藝進(jìn)入太陽能電池的制造仍需3至5年。
注:第27屆歐洲國(guó)際光伏巡回展覽會(huì)(EU PVSEC)將于2012年9月25日-28日在德國(guó)法蘭克福展覽中心展開。德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)位于03號(hào)館G22展位。(譯者:Krystal)