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2007年，在印度班加罗尔郊外，一起爆炸事故将一名产业工人的头颅炸飞，他的身体被抛过砖墙。2005年，台湾一家制造工厂的例行程序引发了自发性爆炸，造成一名工人死亡，并引发了大火，吞噬了整个工厂，导致停产三个月。这两起事件都有一个共同的原因——硅烷，一种由硅和氢组成的气体，遇空气会爆炸。而且这两起事件都发生在同一个行业——太阳能产业。
除了其他环境污点之外，用硅制造光伏（PV）电池的过程依赖于这种危险的自燃气体。随着该行业为满足不断增长的需求做好准备——根据欧洲光伏产业协会的数据，2009年全球新建了6.4吉瓦的新光伏装置，其中大部分是硅太阳能电池——与太阳能相关的对人类健康和环境的担忧是什么？
当然，硅烷绝不是太阳能电池生产中唯一的环境危害。其他危害包括：多晶硅产生的有毒副产品在中国被随意倾倒；燃煤发电厂排放的空气污染，这些发电厂为生产光伏产品提供所需的电力；以及从采矿泥浆中回收镉，镉是一种已知的人类致癌物，是某些薄膜太阳能电池的主要成分。然而，只有硅烷 (SiH4) 与太阳能产业造成的任何死亡事件直接相关。
“在[太阳能]产业使用的所有有毒或反应性分子中，硅烷在过去20年中造成了10起死亡事故。所有其他加起来，都是零，”退休化学工程师、特种气体安全咨询公司总裁兼硅烷专家尤金·吴 (Eugene Ngai) 说。“我担心的是光伏产业……光伏产业可能位于轻工业区，也可能靠近居民区。”
然而，这种气体是必不可少的——尽管存在危险，硅烷仍然是将硅分子输送到表面的最佳方式，因为在高温（高于 400 摄氏度）下，它会分解成硅和氢。“我们只是像气体火炬一样烧掉氢气，”光伏制造商 Uni-Solar 的董事长苏本杜·古哈 (Subhendu Guha) 说。
这也意味着它无处不在。除了光伏产业外，平板显示器、半导体甚至镀膜玻璃的制造商都使用硅烷，并且都在努力解决围绕该化合物的安全问题。但如今，快速增长的太阳能电池制造业正在推动产量增加；过去五年中，全球各地开设了数百家新的光伏电池制造厂。“几乎每一家硅光伏公司都以某种形式使用硅烷，”佐治亚理工学院光伏研究主任阿吉特·罗哈特吉 (Ajeet Rohatgi) 指出。“没有它，你就无法获得高效率……它是你无法摆脱的东西之一。”
这是因为这种气体可用于制造硅光伏电池中的几层——从电池顶部（用于沉积氮化硅层，以确保所有阳光都被吸收）到电池底部（用于沉积另一层，帮助反射回任何错过的阳光光子，从而提高电池将光转化为电力的效率）。“你找到了一个将光线反射回电池并让光线二次通过的镜子，”罗哈特吉说。“背面层对于获得更薄的硅晶圆和更好的背面表面反射率至关重要，从而降低成本并提高效率。”
这个关键因素意味着拖挂卡车在美国高速公路上运输硅烷罐，以及满载气体罐的货船穿越太平洋到达亚洲的工厂，尤其是中国。这也意味着华盛顿州农村地区一个庞大的工业设施大量生产太阳能级硅，硅烷是其副产品——但一直因这种自燃气体的问题而受到停产的困扰。全球每年生产数千吨 SiH4，随着越来越多的微电子产品、平板和硅光伏产品的生产，这个数字未来将会膨胀。
然而，减少硅层厚度（这是解决光伏电池成本挑战的一种方法）并不是解决硅烷问题的方案。恰恰相反，非晶硅太阳能电池依赖于相对较薄的硅层，在其工艺中使用了更多的硅烷，使用这种气体沉积夏普和 Uni-Solar 等制造商所需的薄层半导体材料。
但还有另一种替代方案。总部位于魁北克的制造商SiXtron Advanced Materials开发了一种通过气化聚合物颗粒来制造具有相似性质的更稳定气体的方法。这个想法是将 SiXtron “Sunbox” 连接到现有的硅光伏生产线，通过通常从罐体输送硅烷的相同管道来提供甲基硅烷气体混合物。“甲基硅烷气体不是自燃的，它们只是易燃气体，”SiXtron 销售和营销执行副总裁贝茨·马歇尔 (Bates Marshall) 说。“但泄漏并不意味着爆炸。”
该混合物稳定性的关键是用其他分子（如碳）取代典型硅烷中的一些氢，以使所得气体不易爆炸。这种替代方案沉积的氮化硅碳可能更擅长帮助将光线反射回太阳能电池——并且 SiXtron 的无硅烷涂层已被证明可以减少太阳能电池首次暴露在阳光下时固有的效率损失。
佐治亚理工学院的罗哈特吉一直在测试 SiXtron 的机器与传统的硅烷太阳能电池生产，发现它们生产的电池质量相似。“我们为 SiXtron 制造的电池与工业界制造的电池一样好，”他说。“拥有一种在不影响效率的情况下为您提供气体的技术真是太棒了。它正在消除产品中的风险。”
鉴于硅烷在各种条件下的行为仍然是个谜，即使对于科学专家来说也是如此，因此这种替代方案可能至关重要。“它释放时的行为是不可预测的，”曾为 SiXtron 提供咨询的吴承认。“因此，硅烷已卷入相当多的重大事故中。”
目前，这些问题已促使通用电气等主要公司选择竞争技术，投资于 PrimeStar 生产的碲化镉薄膜太阳能电池。通用电气全球研究中心太阳能技术总监、电气工程师丹妮尔·梅尔费尔德 (Danielle Merfeld) 表示，非晶硅“因硅的可用性而具有吸引力，但您仍然需要高纯度的硅烷”。用碲化镉制造太阳能电池“是一个更加稳健和宽容的工艺和材料结构”。
无论如何，各种形式的硅构成了当前光伏产品组合的 80% 以上。尽管 SiXtron 公司已与太阳能制造设备供应商 Roth & Rau 合作，但 SiXtron 的替代方案能否蓬勃发展仍有待观察。过去的其他潜在替代方案，例如乙硅烷，由于制造成本过高而失败。“如果行业认为它不会造成性能损失，并且如果有的话，它有可能提高性能，那么我看不到行业不接受它的真正理由，”罗哈特吉说。“这需要时间。”