用铜代替银，光伏行业迎来电镀创新

　　白银等原材料的价格上涨和供应不足，导致光伏组件的生产成本不断攀升。现在，德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）的研究人员开发了一种新型电镀工艺，通过该工艺可以使用更便宜的铜材料代替昂贵的银材料。

　　研究人员还成功地取代了通常在电镀过程后留下的聚合物，这些聚合物的处理成本很高，而不是使用容易回收铝作为掩蔽材料。为了更快地将这项技术推向市场，一家名为 “PV2+”的分拆公司已经推出。

　　在利用可再生能源发电方面，光伏发电是一个支柱。现代异质结太阳能电池具有特别低的二氧化碳足迹，因为用于生产它们的硅含量低，并且当涉及到工业生产时它们实现了最高水平的效率。因此，这项技术成为生产标准的可能性很高。根据国际可再生能源署（IRENA）的数据，2012 年全球光伏系统产生的能量超过96 太瓦时，到2020 年，这一数字上升到近831 太瓦时。根据德国环境署的数据，德国光伏发电的发电量同期从近27 太瓦时上升到近50 太瓦时。这决不是光伏发电所能提供的极限。然而，当制造太阳能电池时，有价值的银用于母线和触点，从而传输通过太阳辐射在硅层中产生的电流。

　　银这种贵金属的成本正在上升。即使在今天，银仍占光伏组件制造价格的10% 左右。此外，地球上可用的金属数量有限。太阳能行业大约涉及到全球15% 的银矿，但由于该行业的高增长率，这一比例将大幅上升。

　　用于太阳能电池触点的铜

　　Fraunhofer ISE 的研究人员已经接受了这一挑战。该研究所拥有约1400名员工，是目前欧洲最大的太阳能研究所。由金属化和结构化专家Markus Glatthaar 博士领导的一组研究人员开发了一种电镀工艺，用于有前景的异质结技术，以铜取代银。铜比银便宜很多倍，更容易获得。

　　为了确保太阳能电池的导电表面不完全电镀铜，必须首先掩蔽不应涂覆的表面区域。这些区域被具有电绝缘效果的涂层覆盖，从而防止它们被电镀。铜层将仅在未涂覆绝缘层的区域中形成。研究人员在这方面取得了另一项重大进展：到目前为止，该行业一直使用昂贵的聚合物基漆或层压箔来掩盖电解质浴中的硅晶片。

　　正确处理聚合物是一个昂贵的过程，会产生大量废物。 Glatthaar 博士和他的团队已经能够用铝替代聚合物。就像铜一样，铝也是完全可回收的。将材料从银换成铜，从聚合物换成铝，带来了两倍的好处：生产太阳能电池不仅更可持续，而且成本也显著降低。

　　一项科学突破：创新的电镀和改进的电解液，但研究人员是如何设法取代昂贵的贵金属银的？“我们开发了一种特殊的电镀工艺，可以在母线上使用铜而不是银。”Glatthaar 博士评论道。激光结构化后的铜接触线可实现非常窄的外观，同时导电性也大大提高。由于铜线的宽度非常小只有 19μm，光吸收硅层的阴影比银线少。这和电镀铜的高导电性提高了发电量。

　　弗劳恩霍夫团队使用铝作为掩模层方面取得了第二项技术成就。这里的困难在于铝的导电性质，这使得它乍一看不适合用作掩模。但研究人员利用了铝可以在其表面形成绝缘氧化层的特点。

　　推出衍生产品PV2+

　　为了更快地将有前景的技术推向市场，Fraunhofer ISE 推出了衍生产品PV2+。字母“P”和“V”代表光伏，“2+”表示电镀槽中铜离子的双正电荷。该公司也位于德国弗赖堡，弗劳恩霍夫研究员Glatthaar 博士担任公司的首席执行官。他计划最早在2023 年初与工业伙伴一起建立一个试点生产工厂。正如Fraunhofer ISE 研究所所长Andreas Bett 教授所解释的：“这些创新太阳能电池是未来基于可再生能源供电的重要垫脚石。它们将给光伏行业带来急需的推动。”该分拆业务具有巨大潜力，可以迅速成功地在市场上立足。此外，德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）正在资助该项目，作为其启动计划的一部分。