厚度只有 20 微米，薄型矽晶太陽能電池依然有高效率

太陽能已經是全球能源轉型重要再生能源技術，其中約有 95% 太陽能板採用矽晶太陽能電池，矽晶又占了太陽能板成本近半，因此科學家為了減少成本，研發出更薄、效率依舊的矽晶太陽能電池。

目前商用太陽能的矽晶光敏層厚度約落在 160~170 μm 之間，有鑑於矽晶就占每片太陽能板成本的近半，科學家認為下一代矽晶太陽能電池會更薄，但改變過程總是相當艱難，現階段要打造薄型矽晶電池，只能最大化單一參數，短路電流密度、開路電壓或填充因子則一，需要同時改善這些參數，才能維持太陽能板的高效率。

但現在中國杭州電子科技大學找到解方，可最佳化薄型矽晶太陽能電池的光學和電氣特性，團隊首先透過商用軟體光學模擬，再進一步實際測試，最終開發出只有 20 μm 的薄矽晶太陽能電池。

傳統矽晶太陽能都用矽錠切割方法，讓矽原料在長晶爐形成一塊塊矽晶錠後，再切成長方型晶圓柱，以切割機切成一片片晶片，但中國杭州電子科技大學團隊採用「磊晶層轉移」方法，先用化骨水氫氟酸在厚矽片上蝕刻出孔隙，生長出 20 μm 薄的單晶矽層基板後，即可輕鬆分離並轉移到柔軟的不銹鋼基板上。

為了增強薄矽層的光和電性能，研究人員利用電漿增強化學氣相沉積法（PECVD）在兩側沉積多層金屬奈米薄膜，讓太陽能電池側面都有金字塔形紋理，增強短波長與長波長的光吸收，還提高短路電流密度、減少載流子複合跟損失。

與標準太陽能電池相比，電流密度從 34.3 mA/cm 2 增加到 38.2 mA/cm 2，開路電壓從 632 mV 提升到 684 mV，太陽能電池的填充因子從 76.2% 增加到 80.8%。

團隊模擬和實驗證實，新設計將轉換效率從 16.5% 提高到 21.1%，顯著增加 4.6%，薄型矽晶太陽能電池的效率也已經接近目前矽晶太陽能電池 24%。

新電池設計的矽晶厚度只有 20 μm 比傳統 160μm 厚的電池瘦了八分之一，以較少的矽材料實踐高效率，有助於降低成本，並提高太陽能板製造力，團隊認為，有助於讓更多地方享具成本效益的矽太陽能技術。

• Solar’s Slim Solution: The Rise of High-Efficiency Thin Silicon Cells
• Investigation on significant efficiency enhancement of thin crystalline silicon solar cells

（首圖來源：Flickr/SteFou! CC BY 2.0）