一直以來,硅烷氣體都是威脅太陽能電池制造廠工人生命安全的最大隱患。2007年,印度班加羅爾郊外一個太陽能電池生產廠內發生爆炸,一名工人身首異處。2005年,中國臺灣地區一家工廠內的常規操作引發自爆,一名工人死亡,大火燒遍整個工廠,導致停產3個月。兩起事故的罪魁禍首都只有一個:硅烷氣。
雖然危險,但生產光伏太陽能電池卻高度依賴硅烷氣。生產的危險性也未能阻止太陽能產業的上升勢頭。根據歐盟產業協會提供的數據,2009年,全球新增光伏太陽能裝機容量為640萬千瓦,其中利用各種形態硅生產的太陽能電池占了大頭。當然,硅烷氣并不是太陽能電池生產過程中唯一危險產品,但卻是最危險的。美國一家特殊氣體安全咨詢公司的總裁尤金指出,過去20年中,在太陽能電池生產行業的所有安全事故中,硅烷氣體爆炸已經造成全球至少10人死亡,而其他事故造成的死亡數則為零。更為重要的是,光伏太陽能電池生產廠一般位于城市輕工業區,離住宅區不遠,使得它的安全性更引人關注。
令人頭疼的是,硅烷氣是太陽能電池生產過程中不可或缺的材料,因為它是將硅分子附著于電池表面的最有效方式。在高于400℃的環境下,硅烷氣分解成氣態硅和氫氣。氫氣燃燒后,剩下的就是純硅了。此外,硅烷氣可以說是無處不在。除了光伏產業外,還有很多制造工廠需要用到硅烷氣,如平板顯示器、半導體、甚至鍍膜玻璃生產廠。
為何說硅烷氣不可或缺?一塊硅太陽能電池分為很多薄層,其中大部分都需要用到硅烷——從使用氮化硅制造的、用來吸收陽光的電池頂層,到用于反射所有漏網光子、提高電池效率的電池底層。
尋找硅烷的替代品一直是各國光伏行業研究人員的研究課題。近日,加拿大魁北克省的一家太陽能電池生產廠開發出了一種與硅烷性質相似,但卻更加穩定的氣體,由聚合物小顆粒氣化而成。該工廠用氣態甲硅烷代替硅烷氣體生產太陽能電池。盡管氣態甲硅烷也是可燃氣體,但它本身不會產生火花,這個特性讓它即使發生泄露也不會爆炸,因此穩定性和安全性都大大提高。
工程師表示,影響氣體穩定性的關鍵因素是用其他氣體替代硅烷氣體中的氫氣,降低爆炸的可能性。研究人員表示,硅氮化碳不僅更安全,更可以提高太陽能轉化效率。美國喬治亞理工學院對公司的新技術進行了測試,并與傳統硅烷太陽能電池法進行了對比。結果發現,二者質量相當。
考慮到人們對硅烷氣體在不同環境下的反應特性仍沒有完全掌握,找到硅烷的替代品對該行業帶來的影響是革命性的。除了上述加拿大工廠研發的甲硅烷外,世界上其他工廠也在努力尋找硅烷氣的替代品。喬治亞理工學院專家表示,硅烷氣體反應的不確定性已經導致了大量的安全事故。而安全事故頻發也讓GE這樣的主要能源公司開始選擇更具競爭性的技術,如大量投資碲化鎘薄膜太陽能電池。GE電氣工程師、太陽能技術負責人默菲爾德表示,非晶硅之所以誘人是因為硅幾乎是隨處可得,但生產過程中的高純度硅烷氣體卻始終是生產廠商無法擺脫的“眼中釘、肉中刺”,因此使用碲化鎘前景更光明,同時更有利可圖。盡管如此,不同形式的硅仍占據了光伏太陽能電池所需原材料的80%。加拿大公司的可替代材料是否能夠生存下去現在還不可知,因為成本等因素還有待進一步確定。