《全球首款高效柔性晶硅太阳能电池即将量产》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-01-09
  • “在《自然》杂志上发表我们的柔性硅太阳能电池最新成果没多久,相关部门就积极牵线搭桥,学校与企业‘强强联合’,成果在一年内就已经落地!”见到记者时,江苏科技大学科学技术研究院副院长、晶硅太阳能电池团队李阳教授兴奋地说道。近日,团队又有了新的产学研成果——新型非摩擦切割超薄单晶硅片生产技术即将被装配到生产线,用于超薄单晶硅片的大规模生产和全球首款高效柔性晶硅太阳能电池量产,实现该领域的跨越式发展。在江苏科技大学的实验室里,记者见到了这款全新的太阳能电池原材料超薄单晶硅片。只见一张银色的硅“纸”,厚度在50微米左右,能够弯曲,甩动起来不会断裂,还会发出“哗啦啦”的声音。当它们被贴附在不规则外表的航空航天器、无人机和建筑外墙上成为“皮肤”时,这些产品每天“晒着太阳”就可以“轻松”充电。

    “光伏行业的产业链很长,首先是原料单晶硅片,加工后成为太阳能电池,之后还有组件和场景应用。”李阳告诉记者,目前,光伏行业面临的瓶颈之一,就是硅片的切割与减薄已经不适应新型超薄柔性单晶硅电池的发展。一般而言,传统的单晶硅片加工方式是这样的——将多晶硅颗粒加热到1450℃以上,待其熔化后,通过直拉法获得单晶硅锭,再进行切割,最终得到130微米左右的硅片。但是,柔性半导体、柔性光伏有时需要的是30—50微米的超薄硅片。怎样让硅片再薄一点呢?目前超薄硅片生产方法是将130微米左右的成品硅片再次进行化学刻蚀,直到达到理想厚度。这样的超薄硅片虽然已经实现商业化生产,但依旧存在着需要多次成形、生产效率较低、能耗较大等问题。

    “为了提升效率、扩大产能,我们团队成功概念验证了新型非摩擦切割超薄单晶硅片生产技术。也就是说,可以直接从生产线上产出30—50微米的超薄硅片,一次成形,生产能耗与成本能降低50%以上!”提及这种创新的工艺方法,李阳告诉记者,正是初代产品走向生产线,让团队意识到超薄硅片生产方式改良的紧迫性。

    江苏科技大学副校长叶永林告诉记者,去年12月,项目团队首次获得了2000万元的江苏省科技重大专项支持资金,学校正积极与省内龙头光伏企业携手,促成采用新型非摩擦切割超薄单晶硅片生产技术的生产线尽快投产。“预计未来3到5年,全球首款高效柔性晶硅太阳能电池系列产品将实现量产,陆续走向成熟的商品市场,助力我省打造世界级光伏高质量发展产业集群。”

  • 原文来源:https://www.nengyuanjie.net/article/108968.html
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    • 编译者:张欣
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    • 太阳能在我们全球追求清洁能源和可持续发展的过程中已变得不可或缺。如今,大约95%的太阳能电池是使用晶体硅(c-Si)制造的。大多数商业设计采用厚度约为160–170μm的c-Si光活性层。然而,由于仅硅就占每块太阳能电池板成本的近一半,专家们相信下一代c-Si太阳能电池会薄得多。 不幸的是,薄c-Si太阳能电池的转换效率仍然远落后于厚工业电池。这是因为薄c-Si电池的最佳设计策略只会最大化单个参数,如短路电流密度、开路电压或填充因子。目前的方法都不能同时改善这些参数,所有这些参数对于实现高效率都很重要。 在这种背景下,中国杭州电子大学的一个研究团队制定了一项新策略,以显著提高薄c-Si太阳能电池的效率。他们的研究发表在《能源光子杂志》上,代表着硅太阳能电池技术领域的重大突破。 所提出的策略优化了一些关键的光学和电学特性,该团队认为这些特性是厚c-Si太阳能电池和薄c-Si太阳能细胞转换效率差异的原因。利用商业软件程序,他们对各种薄电池设计进行了光学模拟。通过使用太阳能电池的进一步实验,研究人员得出了一种创新的制造方法,该方法比传统技术具有几个优势。 该团队没有使用通常用于制造厚c-Si层的硅锭切割方法,而是采用了层转移方法。他们用氢氟酸在厚硅片上蚀刻小孔。该多孔层作为衬底生长20μm薄的单晶硅层,可以很容易地分离并转移到柔性不锈钢衬底上。 为了增强薄硅层的光学和电学性能,研究人员使用等离子体增强化学气相沉积在两侧沉积了多个金属纳米膜——分别在面向太阳能电池正面和背面的侧面沉积了SiO2/SiNx/SiOx层和Al2O3/SiNx/SiOx膜,它们具有金字塔结构。 前SiNx/SiOx层和后SiOx/SiNx层分别增加了硅层在更短和更长波长下的光吸收。这反过来又增强了短路电流密度,短路电流密度是衡量太阳能电池可以产生和收集的电荷载流子数量的指标。与用作参考的标准太阳能电池相比,电流密度从34.3增加到38.2mA/cm2。 此外,SiO2和Al2O3层提供了高表面钝化,使所产生的电荷载流子的复合和损失最小化。这导致了更高的开路电压——衡量太阳能电池产生的最大电压。当使用所提出的设计时,它从参考电池中的632 mV提高到684 mV。因此,太阳能电池的填充系数从76.2%增加到80.8%,该系数是太阳能电池运行与理论最大效率接近程度的指标。 正如模拟和实验所证实的那样,所提出的策略将转换效率从16.5%提高到21.1%,显著提高了4.6%(与参考电池相比,提高了约28%)。这使得薄c-Si太阳能电池的效率接近于工业上的厚太阳能电池,目前的效率为24%。 JPE副主编、希腊帕特拉斯大学凝聚态物理学教授Leonidas Palilis评论道:“总的来说,这项研究的发现为实现使用更少硅的高性能薄晶体硅太阳能电池提供了一种新的方法——对于20μm的电池,大约是给定面板尺寸上160μm厚电池所需硅量的八分之一。” 由于成本降低和太阳能电池板制造能力的扩大,这一进步可能有助于硅太阳能发电技术的更广泛、更具成本效益的采用。
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    • 编译者:姜山
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