鉅大LARGE | 點擊量：1497次 | 2019年06月15日
薄膜光伏需提高光電轉化率
作為新能源的主要形式之一，光伏發(fā)電被寄予厚望?；仡櫣夥陌l(fā)展歷史，除了技術的發(fā)展更多是理念的轉變與市場的需求。在南開大學教授、薄膜光伏研究專家孫云看來，光伏發(fā)電要想成為主流的能源利用形式，還需要在提高光電轉化率及降低電池成本兩方面下足功夫。
光伏技術空間正不斷擴展
■記者:您從事薄膜光伏的研究已有二十余年時間。您如何評價目前中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況？
■孫云:直到上個世紀90年代，中國的光伏業(yè)還處于非常初級的階段，甚至到了90年代末，整個中國大陸的光伏產(chǎn)能才4兆瓦(MW)左右。
當時晶體硅電池是給無人值守的通訊站、信號燈以及油田輸油管的陰極保護裝置提供電源，而非晶硅薄膜電池則是給牧區(qū)的人家裝一個20瓦的小電池板，能帶起一盞節(jié)能燈，外加一臺收音機。
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-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
中國光伏業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展是在2000年以后。其中有兩個原因:第一，國外已經(jīng)開始興盛起來；第二，國家開始加大政策支持力度，國家科技部的“973計劃”和“863計劃”都給了光伏前所未有的投入。
同時，歐洲對光伏的巨大需求帶動了中國光伏業(yè)爆發(fā)式的發(fā)展，但這也帶來了多晶硅企業(yè)的盲目投資，產(chǎn)能過剩導致惡性價格競爭，并衍生出了歐美針對中國產(chǎn)多晶硅電池提出“雙反”等問題。
■記者:這些問題的出現(xiàn)，除了有市場調節(jié)機制的因素之外，是否也有技術方面的因素？
■孫云:這些問題跟國內很多晶硅企業(yè)產(chǎn)品單一、缺乏核心技術有很大的關系。中國多晶硅電池產(chǎn)品嚴重依賴國外市場；生產(chǎn)設備和技術也從國外進口；生產(chǎn)過程高能耗、高污染，之后又以低廉的價格出口，為國外提供了清潔能源，自己卻享受不了。
與其他科技產(chǎn)品相比，光伏產(chǎn)品的升級換代的速度很慢。晶體硅電池從上世紀50年代發(fā)明到現(xiàn)在60多年了，結構還是老的晶體硅電池結構，只是工藝在原來的基礎上優(yōu)化，使其組件效率達到18％，但是產(chǎn)品形式還是和原來一樣，技術層面沒有根本改變。
■記者:說到技術，光伏業(yè)有一個劃分:晶硅電池屬于第一代太陽能電池技術，而以硅基薄膜、銅銦鎵硒和碲化鎘電池為代表的薄膜電池則屬于第二代太陽能電池技術。2013年1月初，漢能控股集團有限公司收購了美國MiaSolé公司，并稱獲得了目前全球最高的CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能轉化技術，量產(chǎn)后轉化率將達15.5％。您作為銅銦鎵硒電池研究的專家，請評價一下這種技術的發(fā)展狀況，會對光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生什么影響？
■孫云:銅銦鎵硒電池技術1976年被發(fā)明出來，到現(xiàn)在也有30多年的歷史了。從產(chǎn)量增長來看，比其他種太陽能電池要慢得多。造成這種局面的原因是技術上的問題，有很多科學的問題不明白，科學問題搞不清楚，技術上也就不能突破?，F(xiàn)在科學原理上越來越清楚了，發(fā)展出了一套科學體系，技術也在不斷提升。
更重要的是，跟晶硅完全不一樣，銅銦鎵硒是一種獨特的技術。它是將嚴格配比后的銅、銦、鎵、硒四種元素合成半導體，依靠原子配比的缺陷來生成P型或N型半導體材料。它對生產(chǎn)工藝的要求非常高。以銅銦鎵硒電池為基礎，我們還可以開發(fā)原料更豐富的銅鋅錫硫電池，繼續(xù)拓展新的化合物光伏材料?？梢哉f，以銅銦鎵硒為代表的多元化合物及制造技術正在為我們營造出一個有著更多可能性的光伏技術空間。
“百花齊放才能把光伏市場的蛋糕做大”
■記者:您認為光伏業(yè)在未來會呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢？
■孫云:現(xiàn)在光伏產(chǎn)業(yè)受到很多的關注，人們對太陽能發(fā)電寄予厚望。我認為，提升轉化率、降低每瓦成本仍將是光伏未來發(fā)展的兩大主題。薄膜電池材料消耗少、制備能耗低、組件生產(chǎn)可在一個車間內完成，成本優(yōu)勢明顯。如果薄膜電池組件效率與晶硅電池相差無幾，其性價比將是無可比擬的。在柔性襯底上制備的薄膜電池，具有可卷曲折疊、不拍摔碰、重量輕、弱光性能好等優(yōu)勢，將來的應用前景將會更加廣闊。
現(xiàn)在許多光伏廠商都把目光投向建大型光伏地面電站。但事實上，民用光伏市場有很大的市場空間在等待國內廠商開拓和培育。在這方面，我們可以學習日本廠商的商品意識。
上世紀80年代末，日本三洋公司客人送給南開大學一個可折疊的太陽能充電器，做得很漂亮，放在陽光下就能給兩節(jié)五號電池充電。后來我們用太陽光模擬器測試了一下它的轉化效率，結果讓我們都大吃一驚，這個非晶硅薄膜太陽電池充電器的轉化率只有2％～3％，這樣的電池我們會扔到紙簍里，因為我們當時制備的400cm2非晶硅電池組件效率已經(jīng)超過7％。而日本人卻能把這么低效率的電池做成商品，并翻譯成5國語言在全世界銷售，這就是日本人的商品意識。
在光伏產(chǎn)品和技術多元化的語境下，轉化率高的太陽能電池按瓦數(shù)賣；轉化率低的按響應面積賣，或者按小塊賣，各有各的市場定位，百花齊放才能把光伏市場的蛋糕做到最大。
技術進步需多方合作
■記者:您剛才提到，薄膜電池由于本身的獨特優(yōu)勢，具有更廣闊的應用前景。那么，薄膜電池要在中國進一步發(fā)展的話，您認為政府、科研機構、企業(yè)三方面還需要做出怎樣的努力？
■孫云:早年太陽能電池每瓦能賣2.5美元，研發(fā)一條30MW銅銦鎵硒太陽電池生產(chǎn)線，兩年就有盈利，5年就能收回全部投資，這樣人們就愿意冒風險投資開發(fā)這種新技術。目前太陽電池每瓦價格降到0.8美元，一條30MW生產(chǎn)線很難盈利，不可能收回投資，只有產(chǎn)能達到200MW以上才有望在數(shù)年后收回投資。這就要求政府出臺一些政策來提升資本對于薄膜電池的信心，并加大對產(chǎn)業(yè)化前期技術的支持力度，降低企業(yè)投資風險。
在產(chǎn)、學、研結合方面，國家應當建立合作共享機制，企業(yè)需要真正地跟科研機構合作，科研機構也應當為工業(yè)界服務，雙方的技術力量應該融合在一起，共同攻關。在這方面，德國有很成功的案例。德國Würthsolar(Menz公司前身)的銅銦鎵硒電池技術來自德國斯圖加特大學，而斯圖加特大學的技術則源于美國波音公司。美國波音公司最早研發(fā)了銅銦鎵硒電池的共蒸技術，是美國政府提供的科研經(jīng)費，要求波音公司對外開放，甚至允許參觀者拍照。斯圖加特大學從波音公司學到了共蒸技術制備銅銦鎵硒薄膜電池技術，并在實驗室研發(fā)成功，并與德國氫能與太陽能工程中心(ZSW)合作開發(fā)中試，最后由ZSW與Würthsolar公司完成生產(chǎn)線的開發(fā)，而生產(chǎn)線上遇到的問題又會拿到斯圖加特大學來研究。這是一個產(chǎn)、學、研結合的范例。
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