40微米硅片？如何用1/4硅料实现降本

在多晶硅价格高启时，所有人都想通过减薄硅片实现大幅降本，但过去10年，硅片厚度并未从200微米减薄多少，现在硅片一般都在180微米左右。相对于10年前125*125的硅片面积来说，现在166*166硅片减薄到180微米已经是很大的成就，而由于硅料价格的暴跌，人们不再过多地把精力放在通过减薄硅片来降本，更多地关注如何实现更高发电效率。

随着组件成本骤降，大多数潜在的成本节约已经被推向了极端，进一步降低成本变得越来越困难。TestPV最近发现，麻省理工学院和NREL的研究人员仍寄希望于通过削减硅片厚度实现进一步削减成本的途径，并取得了可喜的进展。

麻省理工学院博士后刘哲和本校及NREL的其他五位教授的联合研究成果发表在《能源与环境科学》杂志。

更薄 - 工艺、性能和良率的挑战？

十多年以前很多光伏人都探索过更薄的晶硅电池，但最大的困难是：薄硅片太脆，易碎，在制造过程中良率低。根据硅片厚度对短路电流、开路电压及效率的影响，一些研究成果还认为当多晶硅片厚度小于200um时，多晶硅太阳电池的主要电学参数开始减少。

但麻省理工和NREL的研究人员认为，现在光伏电池的结构已经发生重大改变，PERC、TopCoN、双面等已成主流，HIT、IBC、叠瓦等结构也已量产，过去的结论现在已经过时，其研究成果表明可以通过使用更好的处理设备，采用更新的电池工艺来应对这些挑战，实现更薄。

新的方法更为“技术经济”，不仅是材料成本，还有工艺成本、良率成本。原本160微米厚的硅片可以减薄到100微米，最终可以被薄到40微米或更少，相当于只需要目前工艺四分之一的硅来制造电池和组件。

这不仅可以降低单片电池和单块组件的成本，更重要的是，它可以使电池、组件的制造能力迅速扩大。随着光伏平价上网时代的到来，电池、组件新产能很容易复制，但硅料投资环节是缓慢而复杂的。同样产能的硅料，如果能切得更薄，行业扩张的速度将大大提前。

研究取得的技术成就

资料表明，麻省和NREL研究团队考察了包括PERC电池在内的四种太阳能电池结构的效率水平，比较了它们在不同厚度水平下的功率输出。研究小组发现，当使用改进的制造工艺，在厚度低至40微米的情况下，发电性能和功率输出几乎没有下降。

 如上图，在1 ms的体积寿命示例中，先进的HE-Tech，先进的PERC +，PERC和Al-BSF的50μm至160μm厚度的相对效率比分别为101％，98％，97％和97％。

刘哲教授表示，“我们发现在这个区域（效率与厚度的关系图）效率是平的，所以这是一个你可以节省成本的区域。这归因于电池结构的改进，是时候重新审视成本效益了。”

考虑硅片厚度路线图

新的工艺对于降低硅片厚度没有问题，但改造现有的组件制造工艺以适应更薄的电池可能是一个费时、费钱的过程，而且开发出更薄硅片/电池所需的设备和程序需要时间，整个行业已经习惯了180-200微米的硅片、电池和组件，所有配套的制造工艺、设备、检测、户外安装、配套系统都习惯了180-200微米，对于硅片的减薄，即便硅片本身技术上没问题，行业仍需要通过量产和应用才能积累更多的经验。

因此研究团队建议在现有技术的基础上“相对简单地降低到100微米”，并且通过进一步技术改进，包括在微裂纹生长之前更好地检测微裂纹，积累足够的经验，逐步适应薄硅片后再进一步降低厚度。

在研究人员看来，未来硅片的厚度可能会减少到15微米左右。这么薄的硅片应该不是从硅锭上切割产生的，更有可能是通过新技术直接生长出薄的硅片，效果比切割硅片更好。

这就需要全行业内不同的关键参与者齐心协力，制定一套具体的前进步骤和通行标准，就像集成电路行业早期为实现该行业的爆炸式增长所做的那样。

描绘出一幅硅片减薄技术路线图，成为行业发展的指导。

减薄，最后的降本可能？

“晶硅电池效率离极限越来越近，只剩下几个百分点可以提高。因此，如果想得到进一步降本，减少厚度是一条重要的路。

减薄不仅能让现有的硅料产能生产出成倍的硅片，还能减少光伏最大的耗能环节 – 每瓦硅片的耗能，让光伏产业链更节能。

如果您对麻省理工大学和NREL的研究成果感兴趣，可以根据文章底部留言提示，获取报告《Revisiting thin silicon for photovoltaics: a technoeconomic perspective》。

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