到2035年最大限度减少硅光伏制造的环境负担

为什么更清洁的太阳能面板很重要

人们常将太阳能视为环境问题的灵丹妙药，但制造太阳能面板仍然需要消耗能源和原材料。随着全球争相在本世纪中叶前安装数万亿瓦级的太阳能装机容量，即便制造方式上的细微差别也会在全球范围内累积成巨大的影响。本研究提出了一个简单却意义重大的问题：在行业向一种更高效的新型硅太阳能电池转型的同时，我们是否也能削减制造这些面板过程中的隐含环境成本？

一种新型太阳能面板登场

当前硅光伏市场正迅速从一种称为PERC的旧设计向性能更高的TOPCon设计转变。两者都基于相似的硅晶片，但在表面处理和金属接触的添加方式上有所不同。这些技术调整使TOPCon电池具有更高的效率，意味着相同面积的面板可以产生更多电力。作者采用全面的“生命周期”分析，从原始石英开采到电池与组件组装，再到将组件从工厂运输到中欧，来比较这两种技术在按单位发电量计的环境表现。

统计所有影响，而不仅仅是碳排放

研究团队并未只关注导致气候变暖的排放，而是考察了16类环境影响，包括空气污染、生态系统损害、土地利用以及化石燃料和金属的使用。对于在中国制造并运输到欧洲的面板，TOPCon在16个类别中有15项表现更好。平均来看，与PERC相比，TOPCon每瓦大约减少6.5%的温室气体排放，这主要是因为更高的效率意味着为同等产出使用更少的材料和加工。TOPCon表现较差的唯一一项是金属使用：其设计在电池接触点需要更多银，增加了对稀缺资源的压力。

隐性足迹的真正来源

深入分析显示，现代太阳能组件的足迹主要由少数关键“热点”主导。制造硅晶片，尤其是从石英到大型锭再到薄片的高度纯化材料，是最耗能的步骤，驱动了大部分的气候和空气污染影响。由于许多地区的大部分电力仍来自化石燃料，当地电网的碳强度显著决定了面板的最终足迹。其他热点还包括用于在电池上印制细电路线的银、成品组件中的铜线和太阳能玻璃，以及把面板从亚洲工厂运往欧洲市场时船舶和卡车燃烧的燃料。

地点和未来电网改变一切

作者接着把视角放到2035年，结合预计的面板效率提升、更薄的晶片和减少银用量的改进，以及印度、中国、美国和欧洲电网随时间清洁化的情景。他们发现，在欧洲制造TOPCon组件的每瓦气候影响大约只有在印度制造同等组件的一半，这主要因为欧洲电力较少依赖煤炭。如果电网如预期那样脱碳，制造足迹在各地都会下降，尤其是在那些向可再生电力转型最快的地区。在未来十年内，将更多生产转移到低碳电力系统并稳步改进面板设计，与按常规发展相比，可能避免约82亿吨二氧化碳当量的排放。

在气候收益与资源压力间权衡

尽管更清洁的电网能大幅削减气候和空气污染影响，但它们也会增加对某些关键金属的依赖，因为风能和太阳能发电场比化石燃料发电厂需要更多这些材料。随着可再生能源在电力构成中的比例上升，研究在“金属使用”指标上观察到温和的上升，尤其是在部署大量清洁电力的地区。对于太阳能制造而言，最有效的措施是提升面板效率和减少晶片生产中的用电；减少银用量主要有助于缓解金属稀缺问题，但在其他方面的影响较小。敏感性测试和不确定性分析显示，在大多数类别中，TOPCon很可能在环境上优于PERC。

这对清洁能源转型意味着什么

对非专业读者来说，关键结论是并非所有太阳能面板都一样，我们在哪里制造它们几乎与选择哪种设计同样重要。新的TOPCon技术可以在总体环境损害更低的前提下产生更多电力，前提是行业同时应对其更高的银需求。如果制造商将高效设计与更清洁的电力供应相结合，到2035年的太阳能扩张在面板生命周期内可能避免数千亿吨的碳排放，其收益远超制造成本。简而言之，更聪明的制造能够使太阳能成为保护地球的更强有力工具。

引用: Willis, B.L., Rigby, O.M., Pain, S.L. et al. Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035. Nat Commun 17, 2311 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69165-x

关键词: 太阳能光伏, 生命周期评估, TOPCon太阳能电池, 低碳制造, 可再生能源转型