魁北克太阳能电池厂研发出硅烷气替代品

4月26日消息，一直以来，硅烷气体都是威胁太阳能电池制造厂工人生命安全的最大隐患。2007年，印度班加罗尔郊外一个太阳能电池生产厂内发生爆炸，一名工人身首异处。2005年，中国台湾地区一家工厂内的常规操作引发自爆，一名工人死亡，大火烧遍整个工厂，导致停产3个月。两起事故的罪魁祸首都只有一个：硅烷气。

虽然危险，但生产光伏太阳能电池却高度依赖硅烷气。生产的危险性也未能阻止太阳能产业的上升势头。根据欧盟产业协会提供的数据，2009年，全球新增光伏太阳能装机容量为640万千瓦，其中利用各种形态硅生产的太阳能电池占了大头。当然，硅烷气并不是太阳能电池生产过程中唯一危险产品，但却是最危险的。美国一家特殊气体安全咨询公司的总裁尤金指出，过去20年中，在太阳能电池生产行业的所有安全事故中，硅烷气体爆炸已经造成全球至少10人死亡，而其他事故造成的死亡数则为零。更为重要的是，光伏太阳能电池生产厂一般位于城市轻工业区，离住宅区不远，使得它的安全性更引人关注。

令人头疼的是，硅烷气是太阳能电池生产过程中不可或缺的材料，因为它是将硅分子附着于电池表面的最有效方式。在高于400℃的环境下，硅烷气分解成气态硅和氢气。氢气燃烧后，剩下的就是纯硅了。此外，硅烷气可以说是无处不在。除了光伏产业外，还有很多制造工厂需要用到硅烷气，如平板显示器、半导体、甚至镀膜玻璃生产厂。

为何说硅烷气不可或缺？一块硅太阳能电池分为很多薄层，其中大部分都需要用到硅烷——从使用氮化硅制造的、用来吸收阳光的电池顶层，到用于反射所有漏网光子、提高电池效率的电池底层。

寻找硅烷的替代品一直是各国光伏行业研究人员的研究课题。近日，加拿大魁北克省的一家太阳能电池生产厂开发出了一种与硅烷性质相似，但却更加稳定的气体，由聚合物小颗粒气化而成。该工厂用气态甲硅烷代替硅烷气体生产太阳能电池。尽管气态甲硅烷也是可燃气体，但它本身不会产生火花，这个特性让它即使发生泄露也不会爆炸，因此稳定性和安全性都大大提高。

工程师表示，影响气体稳定性的关键因素是用其他气体替代硅烷气体中的氢气，降低爆炸的可能性。研究人员表示，硅氮化碳不仅更安全，更可以提高太阳能转化效率。美国乔治亚理工学院对公司的新技术进行了测试，并与传统硅烷太阳能电池法进行了对比。结果发现，二者质量相当。

考虑到人们对硅烷气体在不同环境下的反应特性仍没有完全掌握，找到硅烷的替代品对该行业带来的影响是革命性的。除了上述加拿大工厂研发的甲硅烷外，世界上其他工厂也在努力寻找硅烷气的替代品。乔治亚理工学院专家表示，硅烷气体反应的不确定性已经导致了大量的安全事故。而安全事故频发也让GE这样的主要能源公司开始选择更具竞争性的技术，如大量投资碲化镉薄膜太阳能电池。GE电气工程师、太阳能技术负责人默菲尔德表示，非晶硅之所以诱人是因为硅几乎是随处可得，但生产过程中的高纯度硅烷气体却始终是生产厂商无法摆脱的“眼中钉、肉中刺”，因此使用碲化镉前景更光明，同时更有利可图。尽管如此，不同形式的硅仍占据了光伏太阳能电池所需原材料的80%。加拿大公司的可替代材料是否能够生存下去现在还不可知，因为成本等因素还有待进一步确定。