客觀日本

京都大學新技術讓光伏表層薄板製造成本減半,便於回收利用

2023年05月17日 能源環境

京都大學副教授田邊克明等人開發出了一項有望將光伏表層薄板的製造成本減半的基礎技術。以往的技術在製造時需要真空及高溫環境,而新技術既不需要大型設備,且可以在室溫下製造。新技術還具備光伏表層薄板廢棄後易於回收利用的優點。今後,將尋找願意共同開發的企業,力爭早日實用化。

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以硅爲主要材料的光伏表層薄板在將電極連接到負責發電的半導體的程序中需要高溫處理,因此需要大量能量,還需要大型加工設備,這成爲拉高生產成本的主要因素。

京都大學的田邊副教授等人開發出了一種在製造程序中不需要高溫處理的新技術。具體做法是,首先將矽晶片在約20攝氏度的大氣壓力環境下浸入氫氟酸或水中,然後與大氣中的氧氣發生反應,形成覆蓋表面的氧化膜。並透過調整浸漬時間使氧化膜的厚度達到約1奈米(10億分之一米),此時可抑制電阻並提高發電效率。

在表面處理過的1釐米見方的矽晶片上塗上厚度爲300奈米的常用於顯示裝置等的聚合體PEDOT-PSS,透過反復塗刷含有銀顆粒的有機溶媒來連接電極。

由於不再需要大型加工設備,預計製造成本可減半。也可以省去傳統硅模具所需的添加劑等。儘管此技術將太陽能轉化爲電能的效率爲10.1%,低於硅模具的15%~20%,但「低成本製造具有很大優勢」(田邊副教授)。

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光伏表層薄板在其20年使用壽命到期後很難回收再利用。儘管硅的使用壽命很長,但去除生鏽或損壞的電極很費時,而京都大學的新技術只需使用溶解有機溶媒的溶劑就可以從晶片上取下電極,因此更容易回收再利用。

未來的目標是與公司合作實施實用化。塗在晶片上的聚合體會在空氣中氧化並降低其性能,與繼主流硅模具之後有望普及的鈣鈦礦模具等一樣,需要放入玻璃和樹脂的外殼中進行保存。爲推動普及,今後將繼續操作改善此類問題。

根據日本資源能源廳的資料,2020年住宅用太陽能發電的成本爲每瓩時17.7日元,高於核電的11.5日元和液化天然氣(LNG)火電的10.7日元。如果京都大學的新技術能夠切實降低太陽能電池的製造成本,那麼將有望推動再生能源——光伏發電的普及。

日文:科學編輯 草鹽拓郎、《日經產業新聞》、2023/4/24
中文:JST客觀日本編輯部