3D打印技术在光伏领域应用
一、晶硅太阳能电池技术进展情况
能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。随着社会的发展，煤炭、石油等不可再生资源的日益减少，开发清洁能源迫在眉睫。太阳能作为地球上最丰富的能源而备受关注。目前，太阳能电池是人们利用太阳能的一种重要方式，可将资源无限、清洁干净的太阳能转换为电能。
光伏产业在过去10年中呈现40%以上的增长幅度，成为世界上发展最快的新兴产业之一，2013年全球装机总量已达38.4GW。据不完全统计，现在我国从事太阳能新兴技术产业研究、开发、生产和应用的单位已经超过1 000家。自2008年，我国就已成为全球第一大太阳能电池生产国，太阳能电池的产量连续5年位列世界第一。
在当前的光伏市场中，主流产品是晶硅太阳能电池，其市场份额超过了85%，商业化最高效率已经达到22%以上。预计在未来10年内，晶硅太阳能电池仍将占据主导地位。
随着光伏产业的发展，晶硅太阳能电池技术呈快速发展趋势， 图1为最近几年的晶硅太阳能电池技术路线发展图。由图可知，晶硅太阳能电池技术主要集中在2大方向：一是在现有电池结构和工艺的基础上，在一个或多个工序中引入新的生产工艺（如优化的表面钝化技术、选择性发射极技术、优化的表面织构化技术、点接触技术及3D打印电极技术等）来提高电池转换效率；二是改变现有的电池结构、工艺流程或材料（如HIT电池或价键饱和型太阳电池等）来提高电池转换效率。
其中，3D打印电极技术，由于金属材料利用率高，工艺过程简单、适合用于薄片电池，能更大程度节约电池生产成本，因而越来越受到业内关注。
图 1 晶体硅太阳能电池技术路线图
二、3D打印电极技术在光伏领域的应用现状
目前，在3D打印电极方面开展研究工作的国外研究机构有以色列的Xjet公司，德国的Fraunhofer ISE研究所、Schimid公司、Q-cell公司，美国的NERL实验室，韩国的机械材料研究院等；国内开展3D打印技术的厂家目前有上海神舟新能源有限公司、江苏海润光伏科技有限公司和保定英利绿色能源控股有限公司，具体情况见表1。
上述研究机构中，除江苏海润光伏科技有限公司外，其他机构所采用的3D打印技术仍是3D打印种子层加电镀的方式形成电极。采用电镀的方式会导致栅线宽度增加、粗糙，银材料利用率低，生产成本高，此外还存在环境污染的问题。这种3D打印技术被定义为“第一代3D打印技术”。“第二代3D打印技术”将采用全3D打印的方式，栅线电极一次3D打印成型，不但简化了生产工艺，同时还有助于提高电池转换效率、降低生产成本，实现精细化生产。
另外，3D打印技术除了用在晶体硅太阳电池以外，也可以应用在薄膜电池上。如美国俄勒冈州立大学的研究者们使用3D打印技术成功地制造出了铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池，节约了90%的原材料。麻省理工学院（MIT）则通过一台特制3D打印机将薄膜太阳电池印刷到纸张上，这种电池目前可提供1.5%～2%的电池效率。
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