日前,中國材料大會在寧夏銀川舉行。與會專家認為,鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不斷提升,具有制備成本低、輕薄等優(yōu)勢,發(fā)展前景廣闊,但穩(wěn)定性差、大面積制備難等瓶頸阻礙了其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)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(fā),打破國外技術壟斷,推動薄膜太陽能電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,促進我國光伏產(chǎn)業(yè)升級換代。
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新型薄膜太陽能電池發(fā)展迅速
近年來,我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)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(jù)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(fā)展迅速,且轉(zhuǎn)換效率不斷提升,相對硅太陽能電池成本較低,發(fā)展前景廣闊。
與會專家認為,在光電轉(zhuǎn)化效率方面,與單晶硅的25%、多晶硅的20%轉(zhuǎn)化率相比,碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池分別達到17%、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(yōu)勢明顯,鈣鈦礦薄膜太陽能電池的成本比晶硅材料太陽能電池低25%左右;碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池厚度分別為3-5微米和0.6微米,而晶硅材料太陽能電池至少為100微米。
其中,鈣鈦礦太陽能電池被視為最有希望取代傳統(tǒng)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(yōu)勢,成為國內(nèi)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:“僅用8年時間,鈣鈦礦薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率就從4%提高到21%,發(fā)展速度很快。”
四川大學教授武莉莉說,除了成本低外,薄膜太陽能電池與晶硅材料太陽能電池相比最大的優(yōu)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進行了探索。2016年,全國首個碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)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(jié)合鈣鈦礦薄膜太陽能電池研發(fā)可折疊的柔性太陽能電池,已經(jīng)取得突破,預計3-5年內(nèi)投產(chǎn)。
產(chǎn)業(yè)化遭遇發(fā)展瓶頸
雖然國內(nèi)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(chǎn)業(yè)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(jīng)過半個多世紀的發(fā)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,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(zhuǎn)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(zhuǎn)化率會非常困難,提高產(chǎn)業(yè)競爭力更無從談起。
穩(wěn)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(chǎn)業(yè)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(wěn)定性從幾個小時提高到現(xiàn)在的5個多月,但遠遠不能滿足現(xiàn)實的需求。”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(fā)展的一大制約因素。從基礎研究到量產(chǎn)、從實驗室到中試線是一個復雜的過程,目前研發(fā)的鈣鈦礦太陽能電池面積多為1平方厘米及以下,研發(fā)大面積高效率組件面臨很多技術挑戰(zhàn),是其走出實驗室邁向規(guī)?;a(chǎn)的主要障礙。鄭世昭說,實驗室里的產(chǎn)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(fā)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(fā)展前景,應進一步加大在基礎研究方面的投入,走差異化發(fā)展路子,把重點放在柔性太陽能電池,并加強院企合作,讓實驗成果加快走出實驗室。
一是要加大基礎研究投入。武莉莉、劉生忠等專家認為,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(fā)展速度的同時,各個研發(fā)機構(gòu)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(xù)研發(fā)取得突破積蓄力量、儲備人才。
二是要瞄準柔性太陽能電池持續(xù)發(fā)力。鄭世昭認為,短時間內(nèi)晶硅材料的市場主導地位難以撼動,應充分發(fā)揮鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池自身輕薄的優(yōu)勢,瞄準柔性太陽能電池加強研發(fā)。
三是要加強院企合作,加速科研成果產(chǎn)業(yè)化。業(yè)內(nèi)人士認為,大面積制備一直是薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的一大瓶頸,由于研發(fā)投入大,僅靠科研院所難以實施。國家相關部門應鼓勵企業(yè)參與進來、共同推進,加速科研成果從實驗室走向生產(chǎn)車間,推出適應市場需求的產(chǎn)品。(于瑤 許晉豫)
轉(zhuǎn)自:中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報
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