我國薄膜太陽能電池亟待產業化
光伏產業網訊
發布日期：2017-08-14
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在日前于寧夏銀川召開的中國材料大會上，與會專家認為，鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池轉換效率不斷提升，具有制備成本低、輕薄等優勢，發展前景廣闊。但穩定性差、大面積制備難等瓶頸阻礙了其大規模產業化。一些專家和學者建議，應加大基礎研究，瞄準柔性電池強化研發，打破國外技術壟斷，推動薄膜太陽能電池實現產業化，促進我國光伏產業升級換代。
在日前于寧夏銀川召開的中國材料大會上，與會專家認為，鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池轉換效率不斷提升，具有制備成本低、輕薄等優勢，發展前景廣闊。但穩定性差、大面積制備難等瓶頸阻礙了其大規模產業化。一些專家和學者建議，應加大基礎研究，瞄準柔性電池強化研發，打破國外技術壟斷，推動薄膜太陽能電池實現產業化，促進我國光伏產業升級換代。
新型薄膜太陽能電池發展迅速
近年來，我國光伏產業發展迅速，太陽能作為一種可再生資源受到越來越多的關注。雖然硅太陽能電池占據了光伏組件約90%的市場份額，但鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池發展迅速，且轉換效率不斷提升，相對硅太陽能電池成本又低，發展前景廣闊。
與會專家認為，在光電轉化效率方面，與單晶硅25%、多晶硅20%的轉化率相比，碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池分別達到17%和21%，差距在逐步縮小。另外，薄膜太陽能電池在成本、厚度方面優勢明顯，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的成本較晶硅材料低25%左右；碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池厚度分別為3至5微米和0.6微米，而晶硅材料至少為100微米。
其中，鈣鈦礦太陽能電池被視為最有希望取代傳統石化能源的新能源電池之一，因制備方法簡單、材料易于獲取、能耗低等優勢，成為國內外太陽能電池研究的熱門領域。陜西師范大學教授劉生忠說：“僅8年時間，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的轉化效率就從4%提高到21%，發展速度很快。”
四川大學教授武莉莉說，除了成本低，薄膜太陽能電池與晶硅材料太陽能電池相比最大的優勢在于薄，除了一般的用途外，可做成可穿戴或者軍用的柔性太陽能電池。
在應用方面，碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池也作出了探索。2016年，全國首個碲化鎘薄膜太陽能電池產業化項目已落地浙江嘉興，四川大學自建了一條中試線。而鈣鈦礦薄膜太陽能電池目前還處于實驗階段，中山大學副研究員鄭世昭結合鈣鈦礦薄膜太陽能電池研發可折疊的柔性太陽能電池，已經取得突破，預計3到5年內投產。
產業化遭遇發展瓶頸
雖然國內關于碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池的研究成果不少，但大多停留在實驗室和論文里，產業化應用還不夠。專家學者認為，目前我國在碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能領域還存在諸多短板。
碲化鎘薄膜太陽能電池經過半個多世紀的發展，技術相對成熟，目前90%的市場由美國薄膜電池制造商FirstSolar壟斷，而鈣鈦礦太陽能電池還停留在實驗室里，還需在基礎研究方面不斷尋求突破。
武莉莉說，我國碲化鎘薄膜太陽能電池轉化率與國外還有不小差距，這凸顯了我國基礎研究方面的短板，如果不重視基礎研究，想要提高轉化率會非常困難，提高產業競爭力更無從談起。
穩定性對于薄膜太陽能電池而言至關重要，這也是鈣鈦礦薄膜太陽能電池產業化的一大制約因素。“太陽能電池的使用壽命一般在20年左右，而鈣鈦礦薄膜太陽能電池的穩定性從幾個小時提高到現在的5個多月，還遠遠不能滿足現實需求。”中國工程物理研究院化工材料研究所博士鄭霄家說。
此外，大面積制備也是當前薄膜太陽能電池發展的一大制約因素。從基礎研究到量產、從實驗室到中試線是一個復雜的過程，目前研發的鈣鈦礦太陽能電池面積多為一平方厘米及以下，研發大面積高效率組件面臨很多技術挑戰，也是其走出實驗室邁向規模化生產的主要障礙。鄭世昭說，實驗室里的產品雖然有突破但面積非常小，而大面積制備后如何保證可靠性依舊是一個難題。
應開發柔性太陽能電池
與會專家認為，鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池具有良好的發展前景，應進一步加大在基礎研究方面的投入，走差異化發展路子，把重點放在柔性太陽能電池，并加強院企合作，加速試驗成果走出實驗室。
一是加大基礎研究投入。武莉莉、劉生忠等人認為，我國鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池研究已取得不小進步，但在各自領域仍存在瓶頸。在注重發展速度的同時，各個研發機構需重視基礎研究，并在加大基礎研究投入的同時注重人才隊伍建設，為后續研發取得突破積蓄力量、儲備人才。
二是瞄準柔性太陽能電池持續發力。鄭世昭認為，短時間內晶硅材料的市場主導地位難以撼動，鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池應充分發揮自身輕薄的優勢，瞄準柔性太陽能電池加強研發。
三是加強院企合作，加速科研成果產業化。業內人士認為，大面積制備一直是薄膜太陽能電池產業化的一大瓶頸，由于研發投入大，僅靠科研院所難以實施。國家相關部門應鼓勵企業參與進來、共同推進，加速科研成果從實驗室走向生產車間，推出適應市場需求的產品。