
在最近一场太阳能贸易展上,参展者们注意到太阳能电池的价格比以往任何时候都要便宜。展会上,各式各样的太阳能面板吸引众多目光,包括透明和半透明的面板,这些面板可用作温室和其他建筑的窗户,还有绿色、闪亮甚至粉红色的太阳能面板。然而,究竟什么颜色的太阳能电池最有效率呢?答案是黑色,因为理想情况下,所有照射到电池上的阳光都应该被吸收,转化为电能。若电池呈现颜色,则意味着部分光线逃逸,未能被利用。
尽管如此,许多旧款太阳能电池和市场上仍在销售的电池大多是蓝色的单晶或多晶硅,而不是黑色的。研究人员已经知道,纳米纹理化硅可以制造出黑色硅,这种材料在捕捉光线方面比常见的蓝色硅电池更有效。事实上,几年前,芬兰一个研究团队创下了黑色硅太阳能电池的效率记录。黑色硅的颜色几乎为零,因为其表面经过干蚀刻处理,形成了一片纳米级的针状结构,这些结构能有效捕捉光线,反射率低于1%。
尽管如此,大多数太阳能电池仍然是蓝色的,原因在于制造黑色硅的过程需要相对昂贵的低温反应离子蚀刻技术,并且需要相对高端的原子层沉积技术。业界普遍认为这两种技术在生产中成本过高。然而最近的研究显示,使用简单的湿化学方法也能制造黑色硅,这为整个行业的转型点燃了希望。许多团队和公司已经开始使用金属辅助化学蚀刻技术来制作黑色硅。
根据一项研究,即使使用昂贵的制程,黑色硅太阳能电池的每单位功率成本也下降了超过10%。虽然黑色硅处理的电池成本仍比传统电池高出15.8%至25.1%,但效率的提升和使用较便宜的多晶硅作为原材料的可能性,让整体每单位功率的成本下降10.8%。这个变化对于太阳能光电系统的经济性至关重要,因为电池的每瓦成本直接影响整个系统的成本。
国际能源机构已经显示,太阳能发电在历史上是最便宜的电力来源,价格持续下降,现在我们知道成本还可以再下降至少10%。这对于企业和家庭来说,意味着他们在使用太阳能时能获得可观的回应。事实上,现在的太阳能价格已经低到可以补贴取暖成本的程度。
这项研究的结果表明,首批将真正的黑色硅太阳能电池推向市场的公司将获得巨大的市场占有率。美国目前正与中国、欧洲(甚至加拿大)展开与太阳能相关的贸易战,目标是将快速扩张的数十亿美元太阳能制造业务带回美国。虽然关税的影响目前仍然有限,但黑色硅的出现将引发中国、欧洲和美国之间的竞争,三方都希望在太阳能市场中推广真正的黑色硅。对于消费者来说,这意味着更便宜的太阳能电力。或许,达斯·维达(Darth Vader)也会成为太阳能的支持者,正如《星球大战》(Star Wars)电影中所展现的,黑暗的一面也能带来光明的未来。
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