俗话说“魔鬼藏在细节中”，这句话恰如其分地描述了那些阻碍创新概念转化为实用技术的棘手障碍。它也经常用来形容为了降低最终产品的成本，从而让人们愿意购买，而必须克服的种种问题。
麻省理工学院的伊曼纽尔·萨克斯在其毕生致力于开发低成本、高效率太阳能电池的过程中，与许多这样的小“魔鬼”作斗争。在他最新的努力中，萨克斯找到了一些渐进式的方法，可以在不增加成本的情况下，提高普通光伏（PV）电池从阳光中产生的电量。具体来说，他已将多晶硅测试电池的转换效率从典型的 15.5% 提高到接近 20%——与价格更高的单晶硅电池相当。这些改进可以将光伏发电的成本从目前的每瓦 1.90 美元至 2.10 美元降至每瓦 1.65 美元。萨克斯预计，通过进一步的调整，他将在四年内制造出每瓦 1 美元即可发电的太阳能电池，这一壮举将使太阳能发电能够与燃煤发电厂竞争。
大多数光伏电池，例如家用屋顶上的那种，都依赖硅将阳光转化为电流。然后，金属互连线将电流从硅中导出，为设备供电或馈入电网。
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德国 Photon Consulting 公司总经理 Michael Rogol 表示，自从太阳能电池在三十年前变得实用且价格合理以来，工程师们大多倾向于使用单晶硅作为活性材料。这种物质的晶片通常是从铸锭上锯下来的，铸锭由一个大型晶体组成，该晶体像太妃糖一样从熔融硅的容器中拉出。Rogol 回忆说，尤其是在最初，高纯度铸锭是集成电路制造的剩余物，但后来该工艺被用于制造光伏电池本身。尽管单晶电池具有较高的转换效率，但制造成本昂贵。替代品——多晶硅电池，工厂用纯度较低的铸锭（由许多较小的晶体组成）制造——制造成本较低，但不幸的是，它们的效率不如单晶电池。
萨克斯开创了几种使硅太阳能电池更经济高效的新方法，最近他将注意力转向了多晶硅电池制造的细节。他解释说，第一个小改进涉及“从块状硅表面收集电流的小银手指”。在传统的制造工艺中，电池制造商使用丝网印刷技术（“就像高精度 T 恤丝网印刷一样”，萨克斯指出）和含有银颗粒的墨水来制作这些汇流条。问题在于，标准的银线又宽又短，大约 120 微米 x 10 微米，并且包含许多不导电的空隙。结果，它们阻挡了相当多的阳光，并且没有按应有的方式传输尽可能多的电流。
萨克斯在他的初创公司——位于马萨诸塞州列克星敦的 1366 Technologies 公司（该数字指的是照射地球外层大气层的阳光通量：1366 瓦/平方米）——正在采用“一种专有的湿法工艺，可以生产更薄更高的”导线，尺寸为 20 微米 x 20 微米。更纤细的汇流条使用成本较低的银，并且可以更紧密地放置在一起，以便它们可以从相邻的活性材料中吸取更多电流，自由电子只能在其中传播一定距离。同时，与标准同类产品相比，这些导线阻挡的入射光更少。
第二项创新改变了宽而扁平的互连线，这些互连线从银汇流条收集电流并将相邻的电池电连接起来。顶部的互连线可能会遮蔽高达电池面积 5% 的区域。“我们在这些轧制导线的表面放置了纹理镜面。这些小镜子以较低的角度（大约 30 度）反射入射光，这样当反射光线照射到顶部的玻璃层时，它们会通过全内反射的方式留在硅晶片内，”萨克斯解释道。（潜水员和浮潜者在从下方观察水面时通常会看到这种光学效应。）光线在内部停留的时间越长，被吸收并转化为电能的机会就越大。
萨克斯预计，新型抗反射涂层将进一步提高多晶硅电池的效率。他公司的未来目标之一是将昂贵的银汇流条转换为更便宜的铜汇流条。并且他对如何成功进行替代有一些想法。“与银不同，铜会毒害硅光伏电池的性能，”萨克斯说，“因此，关键是要加入一种低成本的扩散阻挡层，以阻止铜与硅之间的直接接触。”在这个行业，总是那些魔鬼般的细节至关重要。
注意：本文最初的标题为“硅的晴天”。
