晶硅薄片让太阳能电池成本减半

高能氢离子束轰击3毫米厚的晶硅盘，离子积累的精确深度达到20微米，机械臂就会快速移去晶圆，然后放在炉子里，这样，硅中的离子就会形成微观氢气气泡，这些气泡会扩大，在硅晶片中形成微小裂缝，这就会使20微米厚的硅层剥落下来。双溪技术公司（TwinCreeksTechnologies）是一家新创公司，一直在默默无闻地经营，今天，公司开发出一种方法，用以制作晶硅薄片，它说可以使硅太阳能电池的生产成本减少一半。公司在一所小厂展示了这项技术，这是一所每年25兆瓦的太阳能电池厂，正在建设之中，就在密西西比州（Mississippi）的塞纳陶比亚（Senatobia）。

柔性电源：双溪公司20微米厚的金属涂层硅片柔韧强大。来源：麻省理工科技创业

西哇西哇拉姆（SivaSivaram）是双溪公司首席执行官，他说，公司的技术既减少了所需硅的数量，也减少了生产设备的成本。他声称，公司生产太阳能电池，大约只需每瓦40美分，相比之下，现在最便宜的太阳能电池也要约80美分。双溪公司已筹集到9300万美元风险资本，再加上密西西比州的贷款和其他来源的资金，公司会用于建设它的太阳能厂。

晶硅片占太阳能电池的大部分，传统方法制备晶硅片，要切割块状或柱状硅，形成200微米厚的晶圆，这个工艺会把大约一半的硅变成废弃物。业界使用200微米的晶圆，因为晶圆太薄，就很脆，往往会在生产线上碎裂。但在理论上，它们可以达到20至30微米薄，仍然会同样有效，甚至会更加有效地把太阳光转换成电能。

双溪公司的工艺可以制作20微米厚的硅片，基本上没有浪费。这要使用薄层金属，使它们足够耐用，可以承受传统太阳能电池加工设备。西哇拉姆说，因为大大减少了线锯及相关设备的使用，而且制作更薄的晶圆，所以，双溪公司所需的硅量减少了90％，也大大降低了资本费用。他说，这项技术可以添加到现有的生产线上。这家公司的重要计划是出售生产设备，而不是生产太阳能电池。我预计，到明年这个时候，我们会有六到十二个这样的工具实地使用，他说。

加快太阳能发电：双溪公司的海曝离3（Hyperion3）是离子加速器，用氢离子轰击硅板，出现非常薄的太阳能硅片，用于太阳能电池。硅板排列在所说结构的外围，离子撞击晶圆时，这些结构会旋转。来源：麻省理工科技创业

这个工艺始于真空室，其中，高能氢离子束轰击3毫米厚的晶体硅盘。离子积累的精确深度是20微米，这是由光束电压控制的。一旦积累了足够的离子，机械臂就会快速移去晶圆，然后放在炉子里，这样，硅中的离子就会形成微观氢气气泡，这些气泡会扩大，在硅晶片中形成微小裂缝，这就会使20微米厚的硅层剥落下来。公司把金属衬板用于这样的薄层硅上。公司使用的这一专用工艺使它不同于另一家公司，就是阿斯特罗瓦特公司（Astrowatt），这家公司制作的晶圆同样薄。但是，阿斯特罗瓦特公司的晶圆只能略为弯曲，这就难以适用传统的生产设备。

双溪公司的晶圆可兼容传统的太阳能电池生产设备，而且，也兼容现在使用的一些工艺，可制作先进的太阳能电池设计，如异质结构电池（heterojunctioncells）。西哇拉姆说，这种氢离子工艺可以采用硅以外的单晶材料，包括砷化镓（galliumarsenide），这种半导体生产的太阳能电池，效率打破世界纪录。

使用离子束制作晶硅薄晶圆，以前也考虑过，但过于昂贵，难以成为一种实用的制造方法。它要粒子加速器，出现的离子束要有非常高的电流和非常高的能量，这样的东西过去是不存在的，西哇拉姆说。他说，为了使这项技术可行，双溪公司开发出一种离子加速器，比市面上的任何加速器都要强10倍。

虽然公司强调，这项技术兼容现有的生产线，但是，它确实要求，至少要有一项改变。通常情况下，晶圆经处理，会形成粗糙的表面纹理，这有助于它们吸收光线，而不是反射光线。这种纹理是由金字塔组成，高度相当于双溪公司晶圆的厚度，所以，与新晶片一起使用是不切实际的。