俗話說“魔鬼藏在細節中”，這句話恰如其分地描述了那些阻礙創新概念轉化為實用技術的棘手障礙。它也經常用來形容為了降低最終產品的成本，從而讓人們願意購買，而必須克服的種種問題。
麻省理工學院的伊曼紐爾·薩克斯在其畢生致力於開發低成本、高效率太陽能電池的過程中，與許多這樣的小“魔鬼”作鬥爭。在他最新的努力中，薩克斯找到了一些漸進式的方法，可以在不增加成本的情況下，提高普通光伏（PV）電池從陽光中產生的電量。具體來說，他已將多晶矽測試電池的轉換效率從典型的 15.5% 提高到接近 20%——與價格更高的單晶矽電池相當。這些改進可以將光伏發電的成本從目前的每瓦 1.90 美元至 2.10 美元降至每瓦 1.65 美元。薩克斯預計，透過進一步的調整，他將在四年內製造出每瓦 1 美元即可發電的太陽能電池，這一壯舉將使太陽能發電能夠與燃煤發電廠競爭。
大多數光伏電池，例如家用屋頂上的那種，都依賴矽將陽光轉化為電流。然後，金屬互連線將電流從矽中匯出，為裝置供電或饋入電網。
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德國 Photon Consulting 公司總經理 Michael Rogol 表示，自從太陽能電池在三十年前變得實用且價格合理以來，工程師們大多傾向於使用單晶矽作為活性材料。這種物質的晶片通常是從鑄錠上鋸下來的，鑄錠由一個大型晶體組成，該晶體像太妃糖一樣從熔融矽的容器中拉出。Rogol 回憶說，尤其是在最初，高純度鑄錠是積體電路製造的剩餘物，但後來該工藝被用於製造光伏電池本身。儘管單晶電池具有較高的轉換效率，但製造成本昂貴。替代品——多晶矽電池，工廠用純度較低的鑄錠（由許多較小的晶體組成）製造——製造成本較低，但不幸的是，它們的效率不如單晶電池。
薩克斯開創了幾種使矽太陽能電池更經濟高效的新方法，最近他將注意力轉向了多晶矽電池製造的細節。他解釋說，第一個小改進涉及“從塊狀矽表面收集電流的小銀手指”。在傳統的製造工藝中，電池製造商使用絲網印刷技術（“就像高精度 T 恤絲網印刷一樣”，薩克斯指出）和含有銀顆粒的墨水來製作這些匯流條。問題在於，標準的銀線又寬又短，大約 120 微米 x 10 微米，並且包含許多不導電的空隙。結果，它們阻擋了相當多的陽光，並且沒有按應有的方式傳輸儘可能多的電流。
薩克斯在他的初創公司——位於馬薩諸塞州列剋星敦的 1366 Technologies 公司（該數字指的是照射地球外層大氣層的陽光通量：1366 瓦/平方米）——正在採用“一種專有的溼法工藝，可以生產更薄更高的”導線，尺寸為 20 微米 x 20 微米。更纖細的匯流條使用成本較低的銀，並且可以更緊密地放置在一起，以便它們可以從相鄰的活性材料中吸取更多電流，自由電子只能在其中傳播一定距離。同時，與標準同類產品相比，這些導線阻擋的入射光更少。
第二項創新改變了寬而扁平的互連線，這些互連線從銀匯流條收集電流並將相鄰的電池電連線起來。頂部的互連線可能會遮蔽高達電池面積 5% 的區域。“我們在這些軋製導線的表面放置了紋理鏡面。這些小鏡子以較低的角度（大約 30 度）反射入射光，這樣當反射光線照射到頂部的玻璃層時，它們會透過全內反射的方式留在矽晶片內，”薩克斯解釋道。（潛水員和浮潛者在從下方觀察水面時通常會看到這種光學效應。）光線在內部停留的時間越長，被吸收並轉化為電能的機會就越大。
薩克斯預計，新型抗反射塗層將進一步提高多晶矽電池的效率。他公司的未來目標之一是將昂貴的銀匯流條轉換為更便宜的銅匯流條。並且他對如何成功進行替代有一些想法。“與銀不同，銅會毒害矽光伏電池的效能，”薩克斯說，“因此，關鍵是要加入一種低成本的擴散阻擋層，以阻止銅與矽之間的直接接觸。”在這個行業，總是那些魔鬼般的細節至關重要。
注意：本文最初的標題為“矽的晴天”。
