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編者按：麻省理工學(xué)院和NREL的研究人員仍寄希望于通過削減硅片厚度實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步削減成本的途徑，研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用改進(jìn)的制造工藝，在厚度低至40微米的情況下，發(fā)電性能和功率輸出幾乎沒有下降。

在多晶硅價(jià)格高啟時(shí)，所有人都想通過減薄硅片實(shí)現(xiàn)大幅降本，但過去10年，硅片厚度并未從200微米減薄多少，現(xiàn)在硅片一般都在180微米左右。相對(duì)于10年前125*125的硅片面積來說，現(xiàn)在166*166硅片減薄到180微米已經(jīng)是很大的成就，而由于硅料價(jià)格的暴跌，人們不再過多地把精力放在通過減薄硅片來降本，更多地關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)更高發(fā)電效率。

隨著組件成本驟降，大多數(shù)潛在的成本節(jié)約已經(jīng)被推向了極端，進(jìn)一步降低成本變得越來越困難。TestPV最近發(fā)現(xiàn)，麻省理工學(xué)院和NREL的研究人員仍寄希望于通過削減硅片厚度實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步削減成本的途徑，并取得了可喜的進(jìn)展。

麻省理工學(xué)院博士后劉哲和本校及NREL的其他五位教授的聯(lián)合研究成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志。


更薄 - 工藝、性能和良率的挑戰(zhàn)？

十多年以前很多光伏人都探索過更薄的晶硅電池，但最大的困難是：薄硅片太脆，易碎，在制造過程中良率低。根據(jù)硅片厚度對(duì)短路電流、開路電壓及效率的影響，一些研究成果還認(rèn)為當(dāng)多晶硅片厚度小于200um時(shí)，多晶硅太陽電池的主要電學(xué)參數(shù)開始減少。

但麻省理工和NREL的研究人員認(rèn)為，現(xiàn)在光伏電池的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生重大改變，PERC、TopCoN、雙面等已成主流，HIT、IBC、疊瓦等結(jié)構(gòu)也已量產(chǎn)，過去的結(jié)論現(xiàn)在已經(jīng)過時(shí)，其研究成果表明可以通過使用更好的處理設(shè)備，采用更新的電池工藝來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)更薄。

新的方法更為“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”，不僅是材料成本，還有工藝成本、良率成本。原本160微米厚的硅片可以減薄到100微米，最終可以被薄到40微米或更少，相當(dāng)于只需要目前工藝四分之一的硅來制造電池和組件。

這不僅可以降低單片電池和單塊組件的成本，更重要的是，它可以使電池、組件的制造能力迅速擴(kuò)大。隨著光伏平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代的到來，電池、組件新產(chǎn)能很容易復(fù)制，但硅料投資環(huán)節(jié)是緩慢而復(fù)雜的。同樣產(chǎn)能的硅料，如果能切得更薄，行業(yè)擴(kuò)張的速度將大大提前。

研究取得的技術(shù)成就

資料表明，麻省和NREL研究團(tuán)隊(duì)考察了包括PERC電池在內(nèi)的四種太陽能電池結(jié)構(gòu)的效率水平，比較了它們?cè)诓煌穸人较碌墓β瘦敵?。研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用改進(jìn)的制造工藝，在厚度低至40微米的情況下，發(fā)電性能和功率輸出幾乎沒有下降。

 
如上圖，在1 ms的體積壽命示例中，先進(jìn)的HE-Tech，先進(jìn)的PERC +，PERC和Al-BSF的50μm至160μm厚度的相對(duì)效率比分別為101％，98％，97％和97％。
劉哲教授表示，“我們發(fā)現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域（效率與厚度的關(guān)系圖）效率是平的，所以這是一個(gè)你可以節(jié)省成本的區(qū)域。這歸因于電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，是時(shí)候重新審視成本效益了。”

考慮硅片厚度路線圖

新的工藝對(duì)于降低硅片厚度沒有問題，但改造現(xiàn)有的組件制造工藝以適應(yīng)更薄的電池可能是一個(gè)費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢的過程，而且開發(fā)出更薄硅片/電池所需的設(shè)備和程序需要時(shí)間，整個(gè)行業(yè)已經(jīng)習(xí)慣了180-200微米的硅片、電池和組件，所有配套的制造工藝、設(shè)備、檢測(cè)、戶外安裝、配套系統(tǒng)都習(xí)慣了180-200微米，對(duì)于硅片的減薄，即便硅片本身技術(shù)上沒問題，行業(yè)仍需要通過量產(chǎn)和應(yīng)用才能積累更多的經(jīng)驗(yàn)。

因此研究團(tuán)隊(duì)建議在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上“相對(duì)簡(jiǎn)單地降低到100微米”，并且通過進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)，包括在微裂紋生長(zhǎng)之前更好地檢測(cè)微裂紋，積累足夠的經(jīng)驗(yàn)，逐步適應(yīng)薄硅片后再進(jìn)一步降低厚度。

在研究人員看來，未來硅片的厚度可能會(huì)減少到15微米左右。這么薄的硅片應(yīng)該不是從硅錠上切割產(chǎn)生的，更有可能是通過新技術(shù)直接生長(zhǎng)出薄的硅片，效果比切割硅片更好。

這就需要全行業(yè)內(nèi)不同的關(guān)鍵參與者齊心協(xié)力，制定一套具體的前進(jìn)步驟和通行標(biāo)準(zhǔn)，就像集成電路行業(yè)早期為實(shí)現(xiàn)該行業(yè)的爆炸式增長(zhǎng)所做的那樣。

描繪出一幅硅片減薄技術(shù)路線圖，成為行業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)。

減薄，最后的降本可能？

“晶硅電池效率離極限越來越近，只剩下幾個(gè)百分點(diǎn)可以提高。因此，如果想得到進(jìn)一步降本，減少厚度是一條重要的路。

減薄不僅能讓現(xiàn)有的硅料產(chǎn)能生產(chǎn)出成倍的硅片，還能減少光伏最大的耗能環(huán)節(jié) – 每瓦硅片的耗能，讓光伏產(chǎn)業(yè)鏈更節(jié)能。

原標(biāo)題：40微米硅片？如何用1/4硅料實(shí)現(xiàn)降本