剥离膜制备太阳能电池

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       今天，大多数太阳能电池的制备工艺，都是把几乎一半的原材料，也就是高度提炼和加工的晶硅，变成锯屑。有一个新工艺，开发者是新创公司阿斯特罗瓦特公司（Astrowatt），目的是消除大部分这样的浪费，同时使太阳能电池更高效。

　　传统太阳能电池的制备，需要锯开成块晶硅，形成的晶圆大约180微米厚。由于锯子锯开硅，因此，会把几乎等量的硅（这一层有100至150微米厚）转变成锯屑，这些锯屑通常不能重复使用。

太阳能剥离膜：这一25微米的薄膜属于晶硅，沉积在一层金属上，制备时使用了一种新技术。

　　采用传统工艺，一毫米的硅可以制成约3个太阳能电池晶圆。阿斯特罗瓦特公司说，它可以制成5个或更多的晶圆，就使等量的材料，这主要是需要取代锯子，采用一种技术，可以剥离薄层硅膜，脱离厚硅片。

　　阿斯特罗瓦特公司和几家公司，都希望大幅降低所需硅量，以制备太阳能电池。虽然硅的价格在最近几年已经下降，但是，在太阳能电池板制造中，它仍然是最昂贵的一项。

　　阿斯特罗瓦特公司的工艺，首先要锯开硅块，形成比较厚的硅片，每片近1毫米厚。然后，公司修饰每片晶圆的上部，这样就可以用作太阳能电池的背片，这一工艺最后要沉积一层金属到晶圆上。

　　接下来，晶圆被加热，使材料内部形成张力，因为金属和硅的膨胀有不同的速度。使用一个楔子，在变形的硅的边缘，戳开一条缝，裂缝就会从一个边缘扩散到另一个边缘，这样，工程师最终就可以剥离金属膜，连同一层薄薄的25微米的硅。重要的是，硅的晶体结构使裂纹可以均匀扩散到整个晶圆，而且硅是柔性的，所以它不会碎裂，而会脱落下来。

　　由此产生的金属硅薄膜，随后要进一步加工，形成太阳能电池的正面。整个过程可以重复进行，会继续有25微米的薄层剥离原始厚晶圆。这完工后，形成的就是一片晶圆，但仍然比较厚，从180微米到几百微米不等。它可以用来制作传统的太阳能电池，也可以回收，回炉制成硅块。（不同于锯末，这种晶圆仍具有足够高的质量，可以进行回收。）

　　其他公司制备薄片晶硅，使用的是新的锯切技术或其他方法。但是，其他方法往往会产生脆弱的晶圆，它们不能采用现有的电池制造设备。拉杰什·饶（Rajesh Rao）是这家公司的技术总监，他表示，阿斯特罗瓦特公司电池的金属背片，使它们更耐用。

　　这家公司已经演示了这项技术，在实验室制成大的8英寸宽的晶圆，而小型太阳能电池接近15％的效率。这效率稍低于传统晶体硅太阳能电池，但是，研究人员尚未使用于所有已知的方法，以提高太阳能电池的效率。事实上，这些电池理论上可以达到更高的效率，胜过传统的硅太阳能电池，因为它们更薄，这使它更容易让电子离开电池，产生电力。

　　下一步是演示这一工艺的商用级设备。这一工艺所有步骤的完工，采用的机器几乎都见于太阳能电池工厂。

　　到目前为止，阿斯特罗瓦特公司已筹集到一笔未公开金额的资金，这是首轮风险投资，还有150万美元是属于美国能源部的日照计划（Sunshot），目的是使太阳能发电可以竞争过化石燃料电力。

　　这种方法确实有一些缺点。金属硅薄膜会微微上卷，这使它们有点难以处理，因为是传统的生产线。此外，不像其他一些方法，这种方法并不是完全不需要制成晶硅块，再锯开它，但是，它确实大大降低了需要锯开的数量。

　　其他方法，比如，有一种方法，开发者是新创公司1366技术公司（1366 Technologies），目的是完全取消这些步骤，这可能进一步降低制造成本。然而，这种技术有它自身的挑战，包括实现高产量和生产高品质的硅。

      来自: 麻省理工科技创业