作者:成舸 来源:中国科学报 发布时间:2012-12-13 8:27:30
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发展薄膜太阳能不靠“讲故事”

李廷凯

 
■本报记者 成舸
 
近日,一组质疑国内某薄膜太阳能企业项目操作手法造假的报道,将本已紧张度日的光伏行业再次点燃。然而技术问题的不清不楚,却令晶体硅与非晶硅薄膜两种技术路线间的竞赛更加扑朔迷离。
 
抛开个别企业的操作手法不论,作为以技术和成本立足的战略性新兴产业之一,薄膜太阳能的技术特点和经济性究竟如何?其发展现状和未来趋势又将怎样?
 
《中国科学报》记者就此专访了曾在美国从事多年薄膜太阳能研发的华裔科学家李廷凯博士。他是原夏普美国研究院首席研究员,也是湖南共创光伏科技有限公司首席科学家。
 
李廷凯认为,业界对该行业的理解普遍存在三大误区,并表示发展薄膜太阳能不能靠“讲故事”,也不能靠炫耀产能,只有在充分理解技术特性的基础上,凭有竞争力的产品说话才是正道。
 
高转化率不等于高发电量
 
众所周知,光电转化率作为太阳能电池的关键参数,自然越高越好。然而,当转化率只相差几个百分点时,是否意味着转化率高,发电量就一定高呢?李廷凯对此表示:不一定。
 
“在标准条件下测定的转化率高并不代表全年的发电量就一定高。”李廷凯说。事实上,发电量的高低除了与转化率有关外,还取决于环境因素和可发电的有效时间。
 
据了解,目前薄膜电池组件的商业转化率在10%上下,约低于晶硅电池组件5个百分点。然而国外一项实证研究显示,在多阴云雨天的英国牛津和光照强烈的西班牙东部,同样功率的电池组件,非晶硅薄膜太阳能电池的全年发电量比多晶硅电池反而多出13%和17%。在国内同类地区的一项研究也获得了类似结果。
 
“这主要是受‘弱光效应’和‘温度系数’的影响。”李廷凯解释称,由于采用非晶-微晶硅的叠层结构设计,使硅基薄膜太阳能电池的光谱响应从可见光扩展到了红外线区域,增大了光谱能量吸收效应。而薄膜电池对弱光的敏感度高,使得其无论在清晨、傍晚,还是阴云雨天等弱光环境下都能发电,因此,每天具有比晶硅电池长得多的发电时间,其实际发电量反而高于后者。另一方面,由于薄膜电池具有比晶硅电池低得多的温度系数,其转化率随温度升高的衰减远低于晶硅电池,这使得其在炎热的夏天或高温地区,其实际发电量也高于后者。
 
价格下跌不等于成本下降
 
近年来,多晶硅电池的主要原材料多晶硅料的价格一路走低,甚至一度跌破国际公认的30美元/公斤的成本线。这究竟是好是坏?市场释放出的这一信号,究竟预示着产能过剩还是技术进步?答案似乎都不是。
 
“目前国际上晶硅太阳能电池的成本仍然很高,高于薄膜太阳能电池。”李廷凯认为,国内的晶硅产业之所以出现今天的局面,主要由于行业自身盲目扩张导致的产能过剩,以及遍地开花的同质企业技术落后所致,欧美的“双反”贸易保护对其只是雪上加霜。
 
事实上,高纯硅作为重要的工业原料,近十余年随着电子半导体行业的持续繁荣和光伏产业的异军突起,市场需求一直居高不下。由于新兴市场对高纯硅纯度要求愈来愈高,其价格并未有实质性下降。
 
据记者了解,国际上对太阳能级高纯硅的纯度要求已提高到99.9999%,业内称之为“6N级多晶硅”,军事级高纯硅要求更是高达12N级,相当于每1万亿个原子当中,只允许混有1个杂质原子。然而,相关核心生产技术目前仍掌握在美、日、德等国手中,其生产成本也受其控制。
 
硅基薄膜太阳能电池虽仍离不开高纯硅,但其用量已大大降低。据李廷凯介绍,这种电池的主要原材料是玻璃和硅烷等气体,高纯硅用量仅为普通多晶硅电池的1%。这是因为制备薄膜电池时,只需使用大约1微米厚度的非晶/微晶硅即可吸收太阳光谱,而常规的晶硅电池往往需使用大约200微米的厚实硅晶体。此外,由于薄膜电池采用玻璃、不锈钢等廉价材料做衬底,进一步降低了生产成本。
 
太阳能电池没有“万灵丹”
 
虽然光能本身是清洁的,但在吸附、转化和发电等环节并非都是如此,部分高耗能和高污染环节的存在,使得某些太阳能电池如昙花一现,其生命力并不长久。而应用上的差异性,则注定了绝非凭一种技术便可通吃所有市场。
 
今年3月,美国能源部直属的NERL再生能源实验室根据其对全球各顶级研发机构的权威测定数据,发布了一份最新太阳能电池技术演进图。在这张从1975年一直延伸至2011年的图中,多种技术路线竞相“争渡”,此消彼长。
 
记者从图中看到,单晶硅的光电转化率曾一度最高,但在2000年左右其研发却画上了休止符,多晶硅技术的研发则维持至2005年左右宣告结束。薄膜电池领域亦然,其中CdTe(镉—碲)技术由于重金属镉的毒性存在,2002年左右其转化率曲线也已停滞,在日本、欧洲各国市场还曾一度被禁。
 
30多年来唯一没有断开的绿色曲线,便是硅基薄膜和GIGS(铜铟镓铯)两种薄膜电池技术。不过在李廷凯看来,GIGS电池由于过分依赖稀有金属,加之四组元素共晶,且共晶温度高于500℃,不仅工艺复杂,成本也极为高昂,难以大规模生产应用,应更适合细分市场。而硅基薄膜太阳能电池则因其设备和工艺技术成熟、环境友好、资源消耗及生产成本低等特点,被业界公认为第二代绿色太阳能电池的代表,当前渐热的光伏建筑一体化正是其大显身手的最佳舞台。
 
在我国,政府对分布式光伏建筑已渴望得太久。今年年初出台的国家光伏产业“十二五”发展规划明确提出,要“培育以小型光伏系统、离网应用系统、与建筑相结合的光伏应用系统等为主的多样化市场”,同时“引导多晶硅等产业向西部地区转移”。李廷凯认为,这种差异化策略正是基于对多种太阳能电池技术的清醒考量,唯有这样,我国的光伏产业才能经受住瞬息万变的国际市场考验,真正变得“健康”和“强壮”。
 
《中国科学报》 (2012-12-13 第7版 能源周刊)
 
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