如果太陽能安裝和周圍設備成本也降低一半,太陽能發電成本就只有每千瓦時6美分,在美國陽光明媚的地區,這就低于今天美國的平均電力成本。
在這十年的最后,美國制造商會使太陽能電池板便宜一半以上,這是對比他們現在所做的電池板。那就會足夠便宜,使太陽能發電可與化石燃料電力競爭,這是根據能源與環境科學中心(Energy & Environmental Science)的一項新的研究。成本降低所依賴的技術,已經在研究實驗室演示,就在初創企業,大學和主要的太陽能電池制造商那里,而且可能涉及硅,這種材料,今天大部分太陽能電池板的制備都要采用。
剝離式太陽能:這片25微米厚的硅薄膜,新創公司阿斯特羅瓦特公司(Astrowatt)用于制作太陽能電池,薄膜有金屬敷層,使它不會斷裂。這片薄膜是從一塊厚硅片上剝離下來。來源:麻省理工科技創業
這篇報道的作者是麻省理工學院的一些研究人員,牽頭的是托尼奧?布納西西(Tonio Buonassisi,他是機械工程和制造技術教授,報道確認了一些早期的技術,如果一起使用,就可以減少太陽能電池板制作成本,達到每瓦52美分。目前,這一成本超過每瓦一美元。在每瓦52美分,假設類似的成本降低出現于安裝和設備,比如逆變器,那么,太陽能發電成本就只有每千瓦時6美分,在美國陽光明媚的地區,就會少于今天美國的平均電力成本。現在,在陽光充足地區,太陽能發電成本大約是每千瓦時15美分,這是根據美國能源部的數據,但是,這一成本會大幅走高,這是因為,采用小型裝置或在多陰地區,太陽能裝置只能產生較少的電力。
最好的方法是,要降低每瓦的成本,就要使太陽能電池更有效,這樣,更多的電力就可以產生,而只需要一定量的材料和工廠設備。提高效率也會降低安裝成本,因為只需要較少的太陽能電池板。但是,效率的提高還不夠,達不到每瓦52美分。制造商制作太陽能電池,也需要采用更薄的硅片,制作晶片要采取一種方式,更少浪費硅晶片,而且可以加快生產。如果高效太陽能電池設計會減慢制造,或需要厚硅片,那可能就不會帶來必要的成本降低。
一條重要途徑是,要降低成本,就要使用一些技術,形成替代方法,取代這些浪費的工藝,這些工藝現用于制備硅片。目前,有一半的高品質硅因為要制作晶圓,最后就成為廢物。有一家新創公司,就是1366技術公司(1366 Technologies),制作薄晶圓,是直接采用容器中熔化的硅。公司計劃,取代傳統的結晶爐(crystallization furnaces),鋸臺,以及鑄錠處理設備,只采用一臺單一的機器,需要較少的工人操作。其他初創公司,也在取代鋸子,采用的一些工藝,是分離薄硅晶,就從較大的硅片上剝落下來,這要使用化學蝕刻,或進行剝離。
一旦廠商有了薄晶圓,他們就需要設備和工藝,既可以進行加工,又不會造成損壞。有可能制成的硅太陽能電池薄至25微米,同時可以保持其性能,但大多數廠家使用180微米的晶圓,這就更耐用。有一種方法可處理薄晶圓,就是在加工晶圓時,把它放在玻璃片上。玻璃就用作支撐物,進行制造;太陽能電池板完工后,它可以保護電池板,避免一些因素影響。磁懸浮系統可以飄浮起晶圓,在生產線上有助于處理薄晶圓。
一些高效太陽能電池的設計都適合薄晶圓。有一種設計,需要把硅晶片夾在兩層非晶硅之間,有一種類型的太陽能電池就是這樣做的,是三洋公司(Sanyo)生產的。這種對稱結構降低了晶圓上的應力。這種電池加工可以適用較低溫度,低于傳統的太陽能電池。其他電池設計也可以制作薄晶圓。有一種設計,是把所有的電氣觸點都放在晶圓背面,這一工藝可能非常適合加工玻璃片上的電池。美國公司太陽電力公司(SunPower)就使用這種電池設計的一個版本。
報告中所描述的技術,大部分尚未得到全面生產規模的證實。這種技術制造晶圓,不需要鋸子,但尤其面臨一些問題,比如生產足夠優質的硅,制備的硅片具有恰當的形狀和大小,或生產要可靠,而且速度高。
為了使太陽能發電更具競爭力,安裝也需要降低成本。安裝和逆變器、電線、土地和融資成本,會占到一半,有時高達80%的太陽能裝置成本。大部分需要降低的成本,都可以實現,只需要提高效率,這會減少工程所需的電池板數量。
最終,硅太陽能電池板甚至會低于每瓦50美分,布納西西說。這需要設法制作更具挑戰性的設計,例如,包括一種納米結構層,可以提高光的吸收,制成硅的電池,只需一微米厚,性能就相當于傳統的太陽能電池。
