Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Национальной лаборатории по исследованиям в области возобновляемых источников энергии (NREL) считают, что более тонкие фотоэлементы являются ключом к еще более дешевым солнечным батареям и расширению производства.
Стоимость солнечных батарей за последнее десятилетие значительно снизилась из-за технологических достижений — и, похоже, еще есть много возможностей для дальнейшего снижения цен. Одной из возможностей, где можно сэкономить, является количество кремния, используемого в фотоэлементах.
По данным MIT, кремниевые фотоэлементы обычно изготавливаются из пластин толщиной 160 мкм (0,16 мм). В прошлом были предприняты попытки уменьшить толщину, но это привело к появлению хрупких и недолговечных пластин, которые стали причиной недопустимых производственных потерь и к проблемам с производительностью. Интерес к производству более тонких пластин упал после того, как стоимость кремния достигла пика около 12 лет назад и начала снижаться.
Исследователи утверждают, что пришло время по-новому взглянуть на более тонкие фотоэлементы, и что с усовершенствованием методов обработки толщина пластин может быть легко уменьшена до 100 микрометров, а со временем до 40 микрометров или даже меньше.
Одной из современных технологий стала технология пассивации задней поверхности кремниевой пластины (PERC). Исследователи обнаружили, что небольшое влияние на производительность начинает проявляться только при толщине ниже 40 микрометров. Хотя внесение необходимых изменений в установки для производства более тонких пластин будет трудоемким и дорогостоящим процессом, исследователи считают, что выгоды могут значительно перевесить связанные с этим расходы.
Пик цен на поликремний, на который ссылаются исследователи, был в 2008 году, когда он составлял около 475 долларов США за килограмм. По данным PV Insights, в последнее время высококачественный поликремний в среднем стоил всего 7,10 долларов США за килограмм.
Так сколько же кремния в одной солнечной батареи? С помощью калькулятора и на основе размеров пластины 156 мм х 200 мм (псевдоквадрат) и толщины 160 микрометров — около 11 граммов на ячейку. В солнечных батареях на 60 фотоэлементов, которые обычно используются на крышах жилых домов, получается около 660 граммов кремния.
Не совсем огромная экономия; но это только конечная стоимость поликремния без стоимости дальнейшей обработки в слитки прежде, чем быть превращенным в пластины.
В исследованиях отмечается, что уменьшение толщины пластины с 160 мкм до 50 мкм для фотоэлементов PERC потенциально может привести к снижению затрат на ~ 20 центов (доллар США) за ватт (сценарий Advanced HE-Tech). Это выглядит намного лучше, но основано на потреблении 3,1 г кремния на ватт при 160 мкм в качестве базового варианта.
Но есть еще одно важное преимущество. Исследователи отмечают, что снижение толщины фотоэлементов позволило бы ускорить расширение мощностей для производства солнечных батарей, что может быть ограничено только тем, насколько быстро могут быть построены заводы для производства слитков из кристаллического кремния, которые разрезают для производства пластин. Кроме того, хотя двуокиси кремния (SiO2) имеется в изобилии, однако потребовалось бы меньше его добычи и обработки, чтобы произвести больше фотоэлементов и солнечных батарей, что могли бы быть только полезным с экологической точки зрения.
Источник: https://www.solarquotes.com.au/blog/thinner-solar-cells-mb1384/#more-36843