在有史以來最熱的夏季之一結束時，作為關于如何為家庭憤怒提供動力的爭論，可再生太陽能繼續(xù)提供一種選擇，不會顯著增加溫室氣體到環(huán)境，以換取照明和冷卻我們的家園。它剛剛通過材料科學獲得了另一個優(yōu)勢。

在Energies發(fā)表的一項新研究中，研究人員發(fā)現了一種將太陽能電池生產成本降低10%以上的方法。

密歇根理工大學材料科學與電氣工程教授約書亞皮爾斯說：“提高電池水平的單位功率成本可以在下游產生巨大影響。”他說，太陽能的成本已經與傳統(tǒng)形式的電力相媲美，是增長最快的能源。這10%的下降應該將太陽能推向前列更快。

將太陽能電池中使用的硅轉換為可再生能源可降低成本

硅是太陽能光伏(PV)電池中使用的標準光捕獲材料。它有兩種主要形式：成本更高，效率更高的完美晶體和成本更低的多晶硅，但效率更低。通過普通蝕刻來減少反射光，這兩種類型仍然會失去一些光，這就是大多數太陽能電池板的藍色。

研究人員已經知道，使用干法蝕刻的納米紋理化硅使得黑色硅(黑色硅)比標準蝕刻處理更有效地捕獲光。它沒有顏色，因為干蝕刻過程需要一個通常平坦的硅表面并“將其蝕刻到納米級針葉林中”，皮爾斯說。“那些針抓住光線，不讓它逃脫。就像看著達斯維達的眼睛。”

通常這種具有許多表面缺陷的高表面積會損害電性能，但阿爾托大學的研究人員發(fā)現，當硅也用適當的原子層沉積(ALD)涂層處理時，表面缺陷的影響得到緩解。

典型的想法是，干蝕刻和ALD的黑硅電池的成本對于實際使用來說太昂貴了，特別是在皮爾斯說，“利潤非常緊張的行業(yè)中。每個人都試圖盡可能降低成本。”

然而，他們的研究結果甚至震驚了皮爾斯。雖然研究人員確實發(fā)現單個黑色硅無源發(fā)射器后部電池(PERC)的生產比制造傳統(tǒng)電池貴15.8%至25.1%，但他們還發(fā)現效率提高并且能夠獲得更便宜的多晶硅起始材料遠遠超過了這些額外成本：總體而言，每單位電力成本下降了10.8%。

通過材料科學實現可再生能源和太陽能生產的未來

在太陽能電池板方面，黑色不僅比藍色更好。這些改進可能會在氣候變化領域開始擊敗可再生能源的頂級能源競爭對手。

“對于那些認為煤炭技術將能夠與太陽能競爭的人來說，他們應該知道太陽能成本仍在下降。大多數煤炭公司現在已經或幾乎已經破產，”皮爾斯說。“未來煤炭無法與太陽能競爭。”

他補充說：“這項研究指出了光伏制造業(yè)未來的發(fā)展方向以及各國可能希望為自己提供競爭優(yōu)勢的目標。”

跨大西洋合作提高太陽能效率

皮爾斯在休假時完成了這項研究，擔任芬蘭阿爾托大學的富布賴特特聘主席。他曾與HeleSavin的電子物理小組合作，并可以訪問他們關于這些過程的數據。研究人員還能夠獲得公司制造成本的信息，這些公司不是公開的，但是被允許用于本研究，以及已發(fā)表的太陽能電池文獻。

雖然太陽能電池的現貨價格可能會逐日變化-甚至可能每小時變化-但結果仍然有效。“無論當天的數量是多少，細胞類型之間都有10%的下降，”他說。這是因為比較是相對成本而非絕對成本。這也是為什么任意波動的關稅沒有計入計算的原因。

太陽能和可再生能源的下一步是什么

Pearce表示，盡管生產過程仍然可以進行優(yōu)化以提高效率，但本研究的下一步將是政策制定者用于加速光伏制造。對于像中國這樣已經占據全球光伏制造業(yè)主導地位的國家來說，“做出這個相對較小的改變是非常微不足道的。”目前生產大量制造設備的歐盟也應該“仔細考慮擴大深反應離子蝕刻和ALD工具，以滿足快速發(fā)展的光伏市場的需求。”他希望曾經主宰太陽能領域的美國這樣的國家將在政策層面利用這些數據來跳躍國際制造商，并投資生產制造這些類型太陽能電池的新機器。

“我不知道哪種技術最終會成為主導太陽能領域的技術，”他表示，“然而這項研究顯示了明顯的經濟動力，朝著干蝕刻的黑硅PERC的方向前進，而不是那里之前。”

本研究由芬蘭阿爾托大學的ChiaraModanese，HannuLaine，ToniPasanen和HeleSavin進行。