文眼
當今世界,能源問題已成為國際爭端的觸發(fā)點。尋找安全、清潔、經(jīng)濟的新能源,已成為人們通過科技手段,擺脫能源困境的必然選擇。這已經(jīng)不是技術(shù)問題,而是國家間戰(zhàn)略競爭的高地。比如,高效太陽能電池技術(shù)就是這樣一個屬于重大科技突破的項目。對此類項目應(yīng)該采取什么方法來培育呢?這是個問題。
——亞夫
目前,我國正處于創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的關(guān)鍵時期,正面臨從高速增長向科學發(fā)展轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn),面臨著對“全球價值鏈”原有分工秩序和角色的挑戰(zhàn)。我們必須根據(jù)我國的基本國情以及所面臨的國際環(huán)境,圍繞國家戰(zhàn)略,選擇和培育對我國經(jīng)濟社會有“支撐”與“引領(lǐng)”作用的重大技術(shù),力爭取得新的突破,以把握我國的發(fā)展主動權(quán),提升我國的國際地位。
所謂重大技術(shù),是指其技術(shù)地位在眾多技術(shù)中處于核心、關(guān)鍵的地位。具體衡量主要包括三個層面:一是是否具有基礎(chǔ)性;二是是否具有公共性;三是是否具有戰(zhàn)略性。重大技術(shù)既不是三項指標的機械相加,也不是相乘,而是基礎(chǔ)性、公共性和戰(zhàn)略性的融合。
當下,第三次工業(yè)革命的核心是新能源革命,高效太陽能電池技術(shù)作為提高太陽能利用率的關(guān)鍵,代表了先進的技術(shù)發(fā)展方向,對我國光伏產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展具有重要影響,屬于當前應(yīng)該發(fā)展的重大技術(shù)之一。對于高效太陽能電池技術(shù)而言,我們已“不是要不要發(fā)展的問題,而是怎么使其更好發(fā)展的問題”。
高效太陽能電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
鑒于太陽能資源豐富、廉價、安全、無污染、可自由利用等特性,太陽能利用日益受到各國政府和普通民眾的關(guān)注。作為太陽能利用重要形式的太陽能發(fā)電,是一種可持續(xù)的能源替代方式,近年來實現(xiàn)了快速發(fā)展。
按照技術(shù)類型,太陽能發(fā)電主要分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩類;其中,光伏發(fā)電是以太陽能電池技術(shù)為核心,將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。目前,因成本居高不下,這項技術(shù)尚未能普及。但隨著太陽能電池技術(shù)水平的不斷提升、規(guī)模效應(yīng)的增強、價格不斷下降,以高效太陽能電池技術(shù)為核心的光伏發(fā)電將會得到廣泛應(yīng)用。
1.高效太陽能電池相關(guān)技術(shù)特點
太陽能電池(solar cell,SC)具有持久性、清潔性和靈活性等優(yōu)點,并且在轉(zhuǎn)化過程中,無污染、無噪聲,既可以直接為小型電器提供離網(wǎng)電能,又可以進行并網(wǎng)發(fā)電,應(yīng)用前景廣闊。
太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心,其開發(fā)和制造是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中最關(guān)鍵、最重要的一環(huán),將直接影響到太陽能發(fā)電的普及和發(fā)展。有效提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,降低制造、應(yīng)用成本并實現(xiàn)發(fā)電穩(wěn)定性,是高效太陽能電池開發(fā)、制造中必須要解決的關(guān)鍵問題。
目前,普通太陽能電池產(chǎn)業(yè)化水平的光電轉(zhuǎn)換效率大致為,單晶18%-19%、多晶17.3%-17.8%,非晶硅薄膜8%~9%。根據(jù)國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》,明確提出新上光伏制造項目應(yīng)滿足單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率不低于20%、多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率不低于18%、薄膜光伏電池轉(zhuǎn)換效率不低于12%。
當然,高效太陽能電池也是一個隨時間變化而變化的概念。
太陽能電池是一種利用“光生伏特效應(yīng)”原理將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導體器件,其核心原材料是可釋放電子的半導體物質(zhì)。電池產(chǎn)品主要分為以晶硅電池為代表的太陽能電池,和以硅基薄膜、碲化鎘(CdTe)電池、硒銦銅(CuInSe)電池、硫化鎘(CdS)電池、銅銦鎵硒(CIGS)電池、砷化鎵(GaAs)疊層電池等薄膜電池為代表的太陽能電池,以及以染料敏化電池-光電化學電池(Grātzel電池)、有機電池、多結(jié)(帶隙遞變)電池、熱載流子電池等新型電池及新概念電池為代表的太陽能電池。
截至2013年底,太陽能電池產(chǎn)品中,晶體硅太陽能電池(主要是P型單晶硅電池和多晶硅電池)占據(jù)市場主導地位,市場占有率超過90%;薄膜電池的市場占有率不到10%;新型電池及新概念電池大多處于實驗室階段或中試階段,尚未大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
目前,全球光伏產(chǎn)業(yè)尚處在導入期,有關(guān)高效太陽能電池的多種相關(guān)技術(shù)路線都在并行發(fā)展。其中,晶硅高效太陽能電池因具有高光電轉(zhuǎn)換率、低污染、性能穩(wěn)定不易衰減、大規(guī)模制造技術(shù)成熟等方面的優(yōu)點。因此,世界范圍內(nèi)以晶體硅太陽能電池為主的高效太陽能電池結(jié)構(gòu),既是過去幾年的真實寫照,而且還將會在未來十幾年持續(xù)占據(jù)主導地位。
但是,就現(xiàn)在的規(guī)?;a(chǎn)而言,要達到上述的效率要求,可能需要我們實現(xiàn)從常規(guī)P型晶體硅技術(shù),到P型晶體硅的PREC/PERT技術(shù)以及N型電池技術(shù)(含N型雙面、異質(zhì)結(jié)、背接觸、異質(zhì)結(jié)背接觸電池)的轉(zhuǎn)變。同時,薄膜電池與晶硅電池相比,在光電轉(zhuǎn)換效率、成本和穩(wěn)定性等方面可以進行的改善空間較大,薄膜技術(shù)領(lǐng)域的突破有望使其成為未來高效太陽能電池發(fā)展的熱點。