上次我开始谈论太阳能电池业务，以及考虑到该行业的现状，新技术是否有任何现实的机会。这是试图回答这个问题的系列博客中的第二篇。如果你讨厌连载，完整的分析可以在我的网站www.impattern.com上找到。让我们先来看看其他半导体的潜力。
迈克尔·P.C.瓦茨
上次我开始谈论太阳能电池业务，以及考虑到该行业的现状，新技术是否有任何现实的机会。这是试图回答这个问题的系列博客中的第二篇。如果你讨厌连载，完整的分析可以在我的网站上找到www.impattern.com．让我们先来看看其他半导体的潜力。
是什么限制了不同材料的转换效率?
太阳是一个热黑体辐射源，被室温带隙半导体转换成电。任何能量大于带隙的光子都会产生一个电子空穴对，因此低于带隙的低能光子不会产生电流，而高能光子不会比带隙光子产生更多的电流。这将最大转化率限制在30%左右，如下所示。太阳的最佳带隙大约是1 eV，而硅是一种最佳材料。
太阳光谱的卷积和单结带隙半导体www.pveducation.org
硅的替代品如GaAs、CdTe和CIGS都有大约1 eV的带隙，都提供了相同的最大可能效率。
替代材料CdTe和CIGS是直接带隙半导体，因此在给定厚度下具有比间接带隙硅高得多的吸收。更高的吸收率意味着电池可以薄20倍，从而实现“薄膜太阳能电池”。薄电池使用较少的原材料，可以在大面积基底上制造。薄膜光伏太阳能的挑战是如何在玻璃、塑料或金属薄膜上制造低缺陷晶体薄片;异质外延中最困难的挑战。CdTe细胞是通过升华产生的。CIGS是CuInSe和CuGaSe的二元固溶体，具有多种不同的沉积策略;最有效的方法是溅射或共蒸发。据报道，CIGS的效率范围特别大，低成本的生产技术产生的效率要低得多。
单晶GaAs效率最高，接近理论最大值，多晶硅为20%。当电池被组装成模块时，还有额外的损耗。IRENA总结的平均生产模块性能如下:厚多晶硅14%，CdTe(9.5%)和CIGS(9%)。鉴于所有这些材料都具有相同的理论最大值，其差异在于内部效率，这通常取决于外延的质量和半导体生长过程。挑战在于直接带隙必须与硅的生长质量相匹配。自晶体管问世以来，人们就一直在研究硅的生长，因此硅在学习上有巨大的优势。
非硅材料的低效率意味着必须有比例更大的电池面积才能产生相同的能量。这已被证明是家庭安装的主要障碍，但不是大型发电厂。同样的情况也适用于硅薄膜电池，这种电池的效率要低得多，因为它们吸收的光更少，因此产生相同功率所需的面积大约是薄膜硅电池的两倍。市场已经表明，即使价格大幅降低，薄膜硅也无法与之竞争。
到目前为止，还没有一种单结的替代方法能够创造出比厚多晶硅电池内部效率更好的电池，当然也没有任何迹象表明它有超过成熟多晶硅技术的前景。
电池生产效率达到了什么水平?
根据公布的设备容量和衬底尺寸数据，我估计;
多晶硅工艺线移动0.15×0.15 m基片在一个令人印象深刻的1200基片每小时= 27平方米每小时。
第一个太阳能工艺CdTe 1.2×0.6m基片在60兆瓦的设施，计算出100基片每小时= 30平方米每小时
德国CIGS工厂的运行功率为30兆瓦，即每小时15平方米。
非晶硅薄膜厂运行75MW，加工2.2×2.2m玻璃30小时= 154平方米每小时。
我的第一个看法是，由于效率方面的劣势，目前非硅薄膜解决方案的成本结构和制造规模都落后于多晶硅，这就解释了它们的竞争挑战。
模块每瓦成本机会是什么?
为了理解模块成本的机会，让我们考虑一个测试案例，松下正在马来西亚投资5.4亿美元建设一家新工厂，年产能300兆瓦，将需要1500名员工。计算每瓦5年折旧(0.40美元)和人工(0.10美元)的贡献很容易。2012年多晶硅模块的总材料成本估计为0.69美元，总模块成本为1.2美元。
具有相同生产率、资本成本、劳动力和电池效率的薄膜组件工厂的硅成本可以忽略不计，而组件的衬底成本净额为0.95美元/W(- 20%的多晶硅)。一个薄膜工厂以最大生产力运行，其吞吐量将提高6倍，使得折旧和人工组件可以忽略不计，模块净成本为0.55美元/W(-54%的多晶硅)。
在电池效率和原材料成本相同的情况下，制造薄膜的机会是将总组件成本减半。最新的多晶硅工厂需要2美元/W的资本投资来生产1美元/W的面板。看起来，支持最高吞吐量的薄膜工厂可以支持4-5美元/W的资本投资。
我的观点是，硅的替代品需要克服显著的倾斜赤字，才能接近效率平价，然后他们需要投资于最有生产力的制造能力。这两个步骤将带来2倍的成本优势。
我把我所有的太阳能博客结合在一篇论文中www.impattern.com
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嘿,迈克尔,
喜欢你关于硅替代品的文章。我拥有印度电子工程学位。目前在顶尖的商学院(ISB世界第24位)攻读MBA。考虑到经济状况和大流行，我认为印度正处于改变的边缘，通过廉价电力。我很乐意和你交流，完善我的想法。
VIKRANTH,
我是一名纪录片导演，关注印度在可再生能源领域的飞跃，印度有哪些公司生产太阳能电池板，他们会使用这项技术吗?