太阳能发电可与煤竞争

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作者：凯文•布利斯　发稿时间：2012-02-27 10:08:24
如果太阳能安装和周围设备成本也降低一半，太阳能发电成本就只有每千瓦时6美分，在美国阳光明媚的地区，这就低于今天美国的平均电力成本。
在这十年的最后，美国制造商会使太阳能电池板便宜一半以上，这是对比他们现在所做的电池板。那就会足够便宜，使太阳能发电可与化石燃料电力竞争，这是根据能源与环境科学中心（Energy & Environmental Science）的一项新的研究。成本降低所依赖的技术，已经在研究实验室演示，就在初创企业，大学和主要的太阳能电池制造商那里，而且可能涉及硅，这种材料，今天大部分太阳能电池板的制备都要采用。

剥离式太阳能：这片25微米厚的硅薄膜，新创公司阿斯特罗瓦特公司（Astrowatt）用于制作太阳能电池，薄膜有金属敷层，使它不会断裂。这片薄膜是从一块厚硅片上剥离下来。
来源：麻省理工科技创业
这篇报道的作者是麻省理工学院的一些研究人员，牵头的是托尼奥•布纳西西（Tonio Buonassisi），他是机械工程和制造技术教授，报道确认了一些早期的技术，如果一起使用，就可以减少太阳能电池板制作成本，达到每瓦52美分。目前，这一成本超过每瓦一美元。在每瓦52美分，假设类似的成本降低出现于安装和设备，比如逆变器，那么，太阳能发电成本就只有每千瓦时6美分，在美国阳光明媚的地区，就会少于今天美国的平均电力成本。现在，在阳光充足地区，太阳能发电成本大约是每千瓦时15美分，这是根据美国能源部的数据，但是，这一成本会大幅走高，这是因为，采用小型装置或在多阴地区，太阳能装置只能产生较少的电力。
最好的方法是，要降低每瓦的成本，就要使太阳能电池更有效，这样，更多的电力就可以产生，而只需要一定量的材料和工厂设备。提高效率也会降低安装成本，因为只需要较少的太阳能电池板。但是，效率的提高还不够，达不到每瓦52美分。制造商制作太阳能电池，也需要采用更薄的硅片，制作晶片要采取一种方式，更少浪费硅晶片，而且可以加快生产。如果高效太阳能电池设计会减慢制造，或需要厚硅片，那可能就不会带来必要的成本降低。
一条重要途径是，要降低成本，就要使用一些技术，形成替代方法，取代这些浪费的工艺，这些工艺现用于制备硅片。目前，有一半的高品质硅因为要制作晶圆，最后就成为废物。有一家新创公司，就是1366技术公司（1366 Technologies），制作薄晶圆，是直接采用容器中熔化的硅。公司计划，取代传统的结晶炉（crystallization furnaces），锯台，以及铸锭处理设备，只采用一台单一的机器，需要较少的工人操作。其他初创公司，也在取代锯子，采用的一些工艺，是分离薄硅晶，就从较大的硅片上剥落下来，这要使用化学蚀刻，或进行剥离。
一旦厂商有了薄晶圆，他们就需要设备和工艺，既可以进行加工，又不会造成损坏。有可能制成的硅太阳能电池薄至25微米，同时可以保持其性能，但大多数厂家使用180微米的晶圆，这就更耐用。有一种方法可处理薄晶圆，就是在加工晶圆时，把它放在玻璃片上。玻璃就用作支撑物，进行制造；太阳能电池板完工后，它可以保护电池板，避免一些因素影响。磁悬浮系统可以飘浮起晶圆，在生产线上有助于处理薄晶圆。
一些高效太阳能电池的设计都适合薄晶圆。有一种设计，需要把硅晶片夹在两层非晶硅之间，有一种类型的太阳能电池就是这样做的，是三洋公司（Sanyo）生产的。这种对称结构降低了晶圆上的应力。这种电池加工可以适用较低温度，低于传统的太阳能电池。其他电池设计也可以制作薄晶圆。有一种设计，是把所有的电气触点都放在晶圆背面，这一工艺可能非常适合加工玻璃片上的电池。美国公司太阳电力公司（SunPower）就使用这种电池设计的一个版本。
报告中所描述的技术，大部分尚未得到全面生产规模的证实。这种技术制造晶圆，不需要锯子，但尤其面临一些问题，比如生产足够优质的硅，制备的硅片具有恰当的形状和大小，或生产要可靠，而且速度高。
为了使太阳能发电更具竞争力，安装也需要降低成本。安装和逆变器、电线、土地和融资成本，会占到一半，有时高达80％的太阳能装置成本。大部分需要降低的成本，都可以实现，只需要提高效率，这会减少工程所需的电池板数量。
最终，硅太阳能电池板甚至会低于每瓦50美分，布纳西西说。这需要设法制作更具挑战性的设计，例如，包括一种纳米结构层，可以提高光的吸收，制成硅的电池，只需一微米厚，性能就相当于传统的太阳能电池。