2.光电转换效率提升

德国物理学家赫兹于1887年发现光电效应后,太阳能就开始展现其应用前景。但真正能使其规模商用化,有赖于光电转换效率的提升,这是降成本的根本途径之一。转换效率每提升1个百分点,太阳能的成本就会下降5%以上。当转换效率达到10%之前,太阳能主要应用于航天科技以及军事用途。在此之后,民用的太阳能才有可能开始通过政府补贴进入规模商用。之所以在2004年欧洲开始通过政府补贴引导太阳能的发展,就是因为在这个时间点上多晶硅的转换效率提升到了10%左右的水平。此后,尤其产业资金的大量涌入,技术进步持续加快,差不多每年都能提升1个百分点左右。2019年,商用多晶硅PERC电池的转换效率已经超过22.8%(阿特斯公司创造),单晶硅PERC达24.03%(隆基公司创造),天合公司创造了24.58% N型单晶硅TOPCon电池中国最高效率。 单晶硅本身的成本是高于多晶硅的,因此过去太阳能主要使的是多晶硅。但因为单晶硅发光效率高于多晶硅,使最终的太阳能成本反而低于多晶硅。因此,在2016年以后,单晶硅太阳能电池开始大爆发,占比越来越高。 如果按照原有的理论,晶硅太阳能电池理论最大极限为29.1%,如果是这样,那么未来商用太阳能电池转换效率提升的空间已经不大了。但是,以原创性科技发展的思路来看,这个并不是绝对的。麻省理工学院和其他机构的研究人员在过去几年中研究出的新方法可能会突破该极限,使理论最大极限从29.1%提升到35%。研究生Markus Einzinger,化学教授Moungi Bawendi,电气工程和计算机科学教授Marc Baldo,以及来自麻省理工学院和普林斯顿大学等其他八位研究人员2019年7月3号在《自然》杂志上发表了这项研究成果的论文。当然,这个方法要真变成商用化的产品还需要做很多工作。不过,它的确为我们展示了通过提升转换效率的途径使太阳能成本进一步下降的理论可能性。

3.减少生产过程的耗电

太阳能生产流程和环节很长,每一个环节都有耗电成本,并且在总成本中占很大比例。因此,如果通过技术进步降低各个环节的耗电量,当然就会降低太阳能的成本。但客观来说,这个技术进步难度是很高的,而且目前来看可挖掘的潜力越来越小了。

4. 把硅片切割得更薄

从原理上说,太阳能电池发电主要是电池板面朝太阳一面很薄的一层在起作用。但要把硅棒切割成太阳能电池片,必然要有一定的厚度。如果能切割等越薄,完全相同的一个硅棒就能切割出数量更多的太阳能电池片,那么每一个电池片分难的硅棒成本当然就越低了。因此,切割工艺水平也是影响太阳能成本的一个很重要的方面。 这里顺便科普一下,并且讲个小故事。说到切割,我们一般知道的是用锯子、剪刀、刀片、钳子等工具和相应的工艺进行切割。更高级的切割是激光切割工艺。在我学习太阳能硅片切割工艺之前,我想当然地以为会是激光切割,并且生产半导体芯片的硅片的确用的是激光切割。但事实上,生产太阳能电池片的切割工艺是一种特殊的线切割。