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薄膜光伏有广阔的应用前景

浏览次数: 日期:2013年5月16日 09:51

 

作为新能源的主要形式之一,光伏发电被寄予厚望。回顾光伏的发展历史,除了技术的发展更多是理念的转变与市场的需求。在南开大学教授、薄膜光伏研究专家孙云看来,光伏发电要想成为主流的能源利用形式,还需要在提高光电转化率及降低电池成本两方面下足功夫。

  光伏技术空间正不断扩展

  ■记者:您从事薄膜光伏的研究已有二十余年时间。您如何评价目前中国光伏产业发展状况?

  ■孙云:直到上个世纪90年代,中国的光伏业还处于非常初级的阶段,甚至到了90年代末,整个中国大陆的光伏产能才4兆瓦(MW)左右。

  当时晶体硅电池是给无人值守的通讯站、信号灯以及油田输油管的阴极保护装置提供电源,而非晶硅薄膜电池则是给牧区的人家装一个20瓦的小电池板,能带起一盏节能灯,外加一台收音机。

  中国光伏业实现快速发展是在2000年以后。其中有两个原因:第一,国外已经开始兴盛起来;第二,国家开始加大政策支持力度,国家科技部的“973计划”和“863计划”都给了光伏前所未有的投入。

  同时,欧洲对光伏的巨大需求带动了中国光伏业爆发式的发展,但这也带来了多晶硅企业的盲目投资,产能过剩导致恶性价格竞争,并衍生出了欧美针对中国产多晶硅电池提出“双反”等问题。

  ■记者:这些问题的出现,除了有市场调节机制的因素之外,是否也有技术方面的因素?

  ■孙云:这些问题跟国内很多晶硅企业产品单一、缺乏核心技术有很大的关系。中国多晶硅电池产品严重依赖国外市场;生产设备和技术也从国外进口;生产过程高能耗、高污染,之后又以低廉的价格出口,为国外提供了清洁能源,自己却享受不了。

  与其他科技产品相比,光伏产品的升级换代的速度很慢。晶体硅电池从上世纪50年代发明到现在60多年了,结构还是老的晶体硅电池结构,只是工艺在原来的基础上优化,使其组件效率达到18%,但是产品形式还是和原来一样,技术层面没有根本改变。

  ■记者:说到技术,光伏业有一个划分:晶硅电池属于第一代太阳能电池技术,而以硅基薄膜、铜铟镓硒和碲化镉电池为代表的薄膜电池则属于第二代太阳能电池技术。2013年1月初,汉能控股集团有限公司收购了美国MiaSolé公司,并称获得了目前全球最高的CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能转化技术,量产后转化率将达15.5%。您作为铜铟镓硒电池研究的专家,请评价一下这种技术的发展状况,会对光伏产业产生什么影响?

  ■孙云:铜铟镓硒电池技术1976年被发明出来,到现在也有30多年的历史了。从产量增长来看,比其他种太阳能电池要慢得多。造成这种局面的原因是技术上的问题,有很多科学的问题不明白,科学问题搞不清楚,技术上也就不能突破。现在科学原理上越来越清楚了,发展出了一套科学体系,技术也在不断提升。

  更重要的是,跟晶硅完全不一样,铜铟镓硒是一种独特的技术。它是将严格配比后的铜、铟、镓、硒四种元素合成半导体,依靠原子配比的缺陷来生成P型或N型半导体材料。它对生产工艺的要求非常高。以铜铟镓硒电池为基础,我们还可以开发原料更丰富的铜锌锡硫电池,继续拓展新的化合物光伏材料。可以说,以铜铟镓硒为代表的多元化合物及制造技术正在为我们营造出一个有着更多可能性的光伏技术空间。

  “百花齐放才能把光伏市场的蛋糕做大”

  ■记者:您认为光伏业在未来会呈现怎样的发展趋势?

  ■孙云:现在光伏产业受到很多的关注,人们对太阳能发电寄予厚望。我认为,提升转化率、降低每瓦成本仍将是光伏未来发展的两大主题。薄膜电池材料消耗少、制备能耗低、组件生产可在一个车间内完成,成本优势明显。如果薄膜电池组件效率与晶硅电池相差无几,其性价比将是无可比拟的。在柔性衬底上制备的薄膜电池,具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势,将来的应用前景将会更加广阔。

  现在许多光伏厂商都把目光投向建大型光伏地面电站。但事实上,民用光伏市场有很大的市场空间在等待国内厂商开拓和培育。在这方面,我们可以学习日本厂商的商品意识。

  上世纪80年代末,日本三洋公司客人送给南开大学一个可折叠的太阳能充电器,做得很漂亮,放在阳光下就能给两节五号电池充电。后来我们用太阳光模拟器测试了一下它的转化效率,结果让我们都大吃一惊,这个非晶硅薄膜太阳电池充电器的转化率只有2%~3%,这样的电池我们会扔到纸篓里,因为我们当时制备的400cm2非晶硅电池组件效率已经超过7%。而日本人却能把这么低效率的电池做成商品,并翻译成5国语言在全世界销售,这就是日本人的商品意识。

  在光伏产品和技术多元化的语境下,转化率高的太阳能电池按瓦数卖;转化率低的按响应面积卖,或者按小块卖,各有各的市场定位,百花齐放才能把光伏市场的蛋糕做到最大。

  技术进步需多方合作

  ■记者:您刚才提到,薄膜电池由于本身的独特优势,具有更广阔的应用前景。那么,薄膜电池要在中国进一步发展的话,您认为政府、科研机构、企业三方面还需要做出怎样的努力?

  ■孙云:早年太阳能电池每瓦能卖2.5美元,研发一条30MW铜铟镓硒太阳电池生产线,两年就有盈利,5年就能收回全部投资,这样人们就愿意冒风险投资开发这种新技术。目前太阳电池每瓦价格降到0.8美元,一条30MW生产线很难盈利,不可能收回投资,只有产能达到200MW以上才有望在数年后收回投资。这就要求政府出台一些政策来提升资本对于薄膜电池的信心,并加大对产业化前期技术的支持力度,降低企业投资风险。

  在产、学、研结合方面,国家应当建立合作共享机制,企业需要真正地跟科研机构合作,科研机构也应当为工业界服务,双方的技术力量应该融合在一起,共同攻关。在这方面,德国有很成功的案例。德国Würthsolar (Menz公司前身)的铜铟镓硒电池技术来自德国斯图加特大学,而斯图加特大学的技术则源于美国波音公司。美国波音公司最早研发了铜铟镓硒电池的共蒸技术,是美国政府提供的科研经费,要求波音公司对外开放,甚至允许参观者拍照。斯图加特大学从波音公司学到了共蒸技术制备铜铟镓硒薄膜电池技术,并在实验室研发成功,并与德国氢能与太阳能工程中心(ZSW)合作开发中试,最后由ZSW与Würthsolar公司完成生产线的开发,而生产线上遇到的问题又会拿到斯图加特大学来研究。这是一个产、学、研结合的范例。

(来源:人民政协网)

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