尽管不如高性能的硅太阳能电池高效，薄膜电池的造价却更便宜
英国利物浦大学研究团队不久前公布了一项新的发现，一种用作浴盐和用于制作豆腐的化学品或将取代太阳能电池制造过程中所需的一种具有毒性而且价格昂贵的化学品。尽管很多专家表示质疑，主持这项研究的专家坚持认为，他们这项神奇的发现将使碲化镉电池变得更加安全和便宜，而这种超薄太阳能电池目前仅占世界太阳能电池市场5%的份额。
目前，大多数商业化太阳能电池元件的制作材料是超纯硅晶片，这些材料所吸收的太阳光的能量可以激发其中的电子，而获得能量的电子可以在电池中定向移动并产生电流。另一种方法是使用吸光能力更强的薄膜来制作电池，这样的薄膜大约1微米厚，仅为硅晶片厚度的百分之一，与传统电池相比，不仅耗费更少的材料，而且可以用塑料或金属薄片这样的柔性衬垫来制作，无需硬质玻璃。
当薄膜电池的概念首次被提出时，以使用碲化镉材料为代表的薄膜电池看上去要比硅晶片电池便宜，而光能转化效率也只是略逊一筹。但从2009年开始，来自中国的硅晶片元件致使价格暴跌，使得很多薄膜电池制造公司破产（也包括一些传统的硅电池公司）。瑞士苏黎世一家新能源财经公司的太阳能工业分析师詹妮·蔡司（Jenny Chase）说：“目前，从每瓦特太阳能电力输出的成本来看，碲化镉与单晶硅的竞争十分激烈，”她补充道，“由于较低的转化效率，碲化镉薄膜电池只有卖的价格更便宜，才可能更有竞争力。”
摒弃镉元素
英国利物浦大学的物理学家乔恩·麦乔（Jon Major）指出，碲化镉电池的一个问题就是电池外层需要使用氯化镉，用来提高电池的光能转化效率。除了一些其他的优点之外，氯离子可以溶解到CdTe层中，并形成半导体结，这样就使得电子在装置中的流动更为容易。然而，这样的化学品却是可怕的，因为其中的镉离子可以溶解到水中。据此，麦乔说：“镉离子是有毒的，而且可能致癌，并会对水生生物产生长期的损害，同时它的价格还十分昂贵。”因此，化学家们在后期对镉离子的处理过程中必需要付出昂贵的代价，他们得穿着笨重的防护服去过滤和处理实验室或工厂废弃物中的镉离子。”麦乔同时指出，电池中的碲化镉层却是不可溶的，所以废弃元件中的CdTe并不会威胁人类的健康。
麦乔和他的同事试图在元素周期表中寻找其他可与氯结合的元素，用于制备可以在薄膜电池中使用的更为便宜和安全的粉末物质。他们尝试了几种不同的盐，其中包括食盐（氯化钠），但这样的尝试却失败了。原因在于钠离子会破坏装置中的电子结构。最终，他们偶然发现氯化镁（MgCl2，一种极为常见的化合物）可以替代CdCl2用于制造电池，用其制作的薄膜电池的太阳能转化效率可以与氯化镉相媲美。研究人员认为这种盐的使用效果良好，是因为镁离子和镉离子一样具有两个正电荷，因此不会破坏装置中的电子流动性。
用氯化镉制作薄膜太阳能电池需要采取相应保护措施
“使用氯化镁制作的电池其性能和以前使用氯化镉的电池一样好，”麦乔说，“我们可以在开放的实验平台上随意使用这种盐，而且只需一台廉价喷涂器就可以完成工作。”氯化镁的安全性毋庸置疑，它甚至被用于凝固豆浆和豆腐（在日本用于烹调的氯化镁溶液被称为苦汁）。它还被用作浴盐和融雪剂。每千克氯化镁的价格是1美元，而同样质量的氯化镉价格是它的300倍。
走出实验室
2012年申请破产的美国碲化镉电池制造公司Abound Solar创始人库尔特·巴斯（Kurt Barth）曾指出，氯化镉是这类电池制造过程中最为昂贵的材料之一。“如今我们正在实验室中尝试使用氯化镁，如果成功，我们会将之使用在新的生产工艺中。”但无论巴斯还是麦乔，都不敢说他们可以量化出预期的成本。
对此，亚利桑那州坦佩市最大的商业资讯公司First Solar的首席技术官拉菲·加拉贝迪安（Raffi Garabedian）只是简单地给出了他的观点：“环境、健康和安全的保护措施确实昂贵，在制造过程中，氯化镉处理这一环节并非是最为昂贵的一环。”德国沃尔芬碲化镉电池制造公司Calyxo的首席技术官也同样持怀疑态度，他说：“这项技术在电池制造成本方面的影响或将是十分有限的。”
包括利物浦研究团队也并不想成立自己的公司，但他们在申请专利时却发现，First Solar在去年五月就已经为这项应用单独申请了专利，使用的替代材料也正是氯化镁。麦乔说，他的发现对于First Solar来说是一条新闻，因为这家公司在申请专利时并不知道这些细节（First Solar回应称，他们不会对知识产权问题做出评论）。但是麦乔还是希望First Solar采用他们的研究成果。“这意味着我们在实验室中的尝试可以扩展到工业级的生产，这才是我们做研究的最终目的。”
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣