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中国太阳能电池板制造商尚德电力(Suntech Power)已开发出一种新工艺,制造硅晶片用于太阳能电池,可以减少太阳能发电成本10%到20%。
最有效的硅太阳能电池使用的硅片由单晶硅组成。制备采用新工艺时,这些高品质的“单晶”(monocrystalline)晶圆成本大约相当于低质量的多晶硅片(multicrystalline wafer),或者可能是传统工序制备单晶硅片的一半。(晶圆成本仅是太阳能发电成本的一部分,这就是为什么一种工艺成本减半,但只可能减少总成本的10%到20%。)
有个创意支持这一工艺,获得专利是在20余年前,但专利所有者从来没有进行商业化开发。这些专利过期大约是在三年前,几家公司,就是晶澳太阳能公司(JA Solar),赛维公司(LDK Solar),昱辉阳光能源有限公司(Renesola),以及尚德公司,最近宣布,他们已经成功地完成这项工艺。
司徒亚特•威翰(Stuart Wenham)是尚德的首席技术官,他介绍了这一进展,有一场太阳能会议本周在西雅图举行,会上他表示,公司已经开始销售太阳能电池板,这种电池板的制备就使用这种工艺。
这个消息很可能会带来麻烦,因为众企业在美国的和其他地方,都希望商业化新的薄膜太阳能电池技术。从理论上讲,薄膜技术每瓦成本低于硅技术。但它的制造商发现,很难竞争过中国制造商生产的传统硅太阳能电池板,这种电池板已逐步减少成本,部分是因为提高生产技术,部分是因为政府的支持使他们能够迅速扩大规模生产。
制作高品质的单晶硅片,通常需要加热硅,使超过1400 °C(高于其熔点),然后把晶种(seed crystal)浸入熔体。从铸模上,这种晶片将被切下来,铸模的形成需要逐渐拉起籽晶,因为硅晶体围绕着它。这种情形的发生是在一到两天中,在这段时间内,硅池(pool of silicon)必须保持炙热,这需要大量的能量。无论是能源消耗,还是缓慢的生产,都使这一工艺很昂贵。制造多晶硅锭速度更快,能量密集度较低,硅熔化然后冷却。不需要保持硅的炙热,节约能源,但这些材料制成的电池单元效率低得多。
尚德已经开发出一种方法,可以形成单晶材料,使用的是改进版的多晶工艺。
它采用籽晶,但是,不是逐步从硅上拉出来(就像传统的单晶工艺那样),而是被放在坩埚底部,完全覆盖上熔化的硅。然后,热量的提取是通过坩埚底部进行,确保结晶始于底部,籽晶就在这里。
这实质上是几十年前的工艺专利。这些改进是尚德所做的,有助于克服一个主要挑战,这一工序提出:熔化的硅接触容器的边缘,会形成自己的籽晶,因此,最后的硅板内侧是多晶的,外侧是单晶的。
尚德解决了如何使多晶硅区域降低到最低限度:做出的硅锭是70%的单晶。纯单晶硅晶圆的制备是采用硅锭的中心。边缘上的材料是半单晶硅半多晶硅,也可以用。电池单元这样制备,结果是提高10%的效率,胜过普通多晶硅电池,几乎等效于纯单晶硅电池。
威翰说,这个工艺可以使用现有的晶圆加工设备,因此,它可以迅速扩大规模。“这个工艺可能会是相当程度上的游戏改变者,在光伏领域,因为它提供了更高的性能,同时降低了成本,”他说。
威翰说,尚德预计,这个行业大多会采用类似的技术,在未来两年就是这样。由于基本原理已不再是专利,很多企业已经能够开发自己版本的技术。他说,尚德正在寻求专利保护一些技术,这些技术关联到使用新材料制造太阳能电池板。
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