得益于技术愈来愈成熟、装置量大幅攀升,近年来太阳能价格正不断下滑,发电成本已经开始可以跟传统火力发电一较高下,不过太阳能电池的价格已降至最低点了吗?最近美国麻省理工与美国国家再生能源实验室(NREL)发现,若太阳能电池能再“瘦”一点,成本还会持续降低。
过去几年来,太阳能价格可以用暴跌来形容,为近年来成本降幅最大的再生能源技术,根据彭博能源财经(BNEF)资料,1977 年到 2015 年间,太阳能电池发电成本已从每瓦 76 美元最高点降至 0.3 美元,近年更因为装置量攀升而持续下滑,过去高不可攀的太阳能技术,现在已亲民许多了。
BNEF 2019 年能源展望更指出,到 2050 年时,世界一半电力将来自风力与太阳能,这都是因为每度电均化成本(LCOE)快速下降。不过技术成本降幅的空间永远有限,要再降低成本的难度愈来愈高,除非要开发另一种太阳能技术。
目前太阳能主流技术为硅晶电池,是由硅料、硅晶圆、电池片、模组等厂商串起的庞大产业链,其中结晶硅为关键原料,硅晶圆厂熔融结晶硅后,可制成单晶硅晶棒或是多晶硅晶碇,切片后成为硅晶圆,再由中游的电池厂商将硅晶圆进行处理,成为太阳能电池,最后在经过模组厂串接电池并封装于模组板中。
目前太阳能硅晶圆厚度约为 160 微米,但麻省理工与 NREL 科学家指出,如今硅晶太阳能正以 30% 速度持续成长中,技术也日新月异,透过制程改进,若将硅晶圆“瘦身”至 100 微米、甚至是 40 微米,有望将硅使用量降低四分之三,这样一来太阳能成本还会更便宜。
过去虽然也有厂商想要挑战更薄的硅晶圆,但因为太薄的电池存有脆又易碎、效率低的问题,因此最后不了了之,但研究人员表示,现在的设备技术以及新的太阳能结构研究有办法跨越这些挑战。
科学家研究包含钝化发射极触点(PERC)等在内的四种不同太阳能结构,发现若将硅晶圆厚度缩减至 40 微米并用新工艺制造电池,几乎不影响性能。麻省理工博士后 Zhe Liu 表示,在硅晶圆厚度研究中,我们发现在某一范围内,太阳能效率不会变,因此成本就有下降的空间。
虽然对于厂商来说,研发新的厚度、更换设备这些事情无疑是耗时又昂贵的过程,但新技术不仅有机会降低成本,也能让产业继续向前走。Liu 表示,透过目前的技术,厚度应可降至 100 微米,且新型的裂纹检测等也有助于缩小硅晶圆的厚度。
科学家认为,未来若成功研发硅晶体生长技术,就不需要再切割硅晶棒或是硅晶碇,也有助于太阳能电池瘦身,厚度甚至有机会降至 15 微米。
针对这项研究,亚利桑那州立大学助理研究科学家 Andre Augusto 表示,制造太阳能成本支出最多的部分为硅料和硅晶圆,因此在产业快速扩张的情形下,薄硅片不仅可以解决硅晶源供应问题,制造出更多的太阳能电池,且薄电池更耐热,也有其他的优势。
- For cheaper solar cells, thinner really is better
- New Energy Outlook 2019
- Solar PV power cost from 1977 to 2015
(首图来源:Flickr/ESA_events CC BY 2.0)