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　　用富有金屬替代Si太陽能電池中的Ag電極

　　到2050年全球的能量需求將達(dá)28TW，到2100年則為46TW。部署的光伏太陽能電池必須擴(kuò)展到數(shù)十萬億峰瓦，以便滿足這些需求令人注目的一部分。太陽能電池的輸出隨一天中的時(shí)段而改變。太陽能電池的時(shí)間平均輸出是其峰值功率的15-20%；所以，50TWp的太陽能電池將產(chǎn)生7.5-10TW的平均輸出，或2100年全球能量需求的～18%。

　　在現(xiàn)今幾乎所有的硅片太陽能電池中，用Ag作為n型發(fā)射極上的指形電極，而Al用于作為p型基極上的背電極。硅片太陽能電池達(dá)到萬億瓦數(shù)量級的主要瓶頸之一是Ag的稀少。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查（U.S. Geological Survey），地球上已知的Ag儲(chǔ)量約為570，000公噸。眾多分析估計(jì)，從硅片太陽能電池可能得到的最大功率受Ag儲(chǔ)量的限制。他們得出相似的結(jié)論，即已知Ag儲(chǔ)量將把硅片太陽能電池約束在小于1萬億瓦時(shí)間平均輸出，這是我們2100年能量需求的很小部分。此外，Ag的價(jià)格自2010年夏季以來急速上漲，現(xiàn)在已經(jīng)是電池成本的重要部分。若太陽能電池工業(yè)繼續(xù)以現(xiàn)在的步伐增長（年均約50%），對Ag的需求也將持續(xù)增加，肯定會(huì)使Ag價(jià)更高。因此，為使硅片太陽能電池成為未來能源的重要來源，必須用低成本地球富有金屬替代Ag。

　　本文考察了多個(gè)地球富有金屬，目的是確定Ag的合適替代品。結(jié)論是，Cu和Al是Ag的合適替代金屬。討論了Cu和Al替代Ag的一些挑戰(zhàn)。給出了解決Al替代Ag時(shí)碰到的挑戰(zhàn)的初步結(jié)果。

　　Ag的潛在替代品

　　確定Ag合適替代品的主要考慮因素是材料的豐度和電阻率。作為指形電極，替代金屬的電阻率必須低且與Ag的電阻率相當(dāng)。若采用較高電阻率的金屬，為了保持同樣的指形電阻，指形電極的寬度或高度就不得不增加。這樣，或者電池效率受損，或者制造難度增加。

　　作為參考，Ag是所有金屬中電阻率最低的之一，其電阻率為1.59×10-6Ω-cm。表1從低到高列出了不同金屬的電阻率。根據(jù)電阻率，Cu是Ag的最佳替代品，其電阻率僅比Ag高6%。若用Al且指形寬度保持一樣，指高度或高寬比必須增加77%才能保持同樣的指電阻。這頗具挑戰(zhàn)性，不過仍有潛在的可行性。Ca的電阻率高111%，但Ca與水氣反應(yīng)，故不適宜用作接觸金屬。Ca以上任何金屬的電阻率太高，不宜用于指形電極。

　　表2根據(jù)U.S.Geological Survey列出各種金屬已知的儲(chǔ)備量和目前的年產(chǎn)量。儲(chǔ)備量包括有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值不大的資源。依據(jù)儲(chǔ)量和年產(chǎn)量，Ag比不過其他金屬。Sn的年產(chǎn)量與其他金屬比也很小。Cu和Al二者有巨大的儲(chǔ)量，它們的年產(chǎn)量在數(shù)千萬噸范圍內(nèi)，足以支持萬億瓦級硅片太陽能電池的生產(chǎn)。