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高效太陽能電池技術:國家競爭高地

發布時間: 2014-07-16 08:35:41    來源: 上海證券報
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[摘要]當今世界,能源問題已成為國際爭端的觸發點。尋找安全、清潔、經濟的新能源,已成為人們通過科技手段,擺脫能源困境的必然選擇。這已經不是技術問題,而是國家間戰略競爭的高地。

  當今世界,能源問題已成為國際爭端的觸發點。尋找安全、清潔、經濟的新能源,已成為人們通過科技手段,擺脫能源困境的必然選擇。這已經不是技術問題,而是國家間戰略競爭的高地。比如,高效太陽能電池技術就是這樣一個屬于重大科技突破的項目。對此類項目應該采取什么方法來培育呢?這是個問題。

  ■目前,我國正處于創新驅動發展的關鍵時期,正面臨從高速增長向科學發展轉型的挑戰,面臨著對“全球價值鏈”原有分工秩序和角色的挑戰。我們必須根據我國的基本國情以及所面臨的國際環境,圍繞國家戰略,選擇和培育對我國經濟社會有“支撐”與“引領”作用的重大技術,力爭取得新的突破,以把握我國的發展主動權,提升我國的國際地位。

  ■所謂重大技術,是指其技術地位在眾多技術中處于核心、關鍵的地位。具體衡量主要包括三個層面:一是是否具有基礎性;二是是否具有公共性;三是是否具有戰略性。重大技術既不是三項指標的機械相加,也不是相乘,而是基礎性、公共性和戰略性的融合。

  ■當下,第三次工業革命的核心是新能源革命,高效太陽能電池技術作為提高太陽能利用率的關鍵,代表了先進的技術發展方向,對我國光伏產業的結構調整和可持續發展具有重要影響,屬于當前應該發展的重大技術之一。對于高效太陽能電池技術而言,我們已“不是要不要發展的問題,而是怎么使其更好發展的問題”。

  高效太陽能電池技術發展現狀

  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注。作為太陽能利用重要形式的太陽能發電,是一種可持續的能源替代方式,近年來實現了快速發展。

  按照技術類型,太陽能發電主要分為光伏發電和光熱發電兩類;其中,光伏發電是以太陽能電池技術為核心,將太陽能直接轉換為電能的技術。目前,因成本居高不下,這項技術尚未能普及。但隨著太陽能電池技術水平的不斷提升、規模效應的增強、價格不斷下降,以高效太陽能電池技術為核心的光伏發電將會得到廣泛應用。

  1.高效太陽能電池相關技術特點

  太陽能電池(solar cell,SC)具有持久性、清潔性和靈活性等優點,并且在轉化過程中,無污染、無噪聲,既可以直接為小型電器提供離網電能,又可以進行并網發電,應用前景廣闊。

  太陽能電池是光伏發電系統的核心,其開發和制造是光伏產業鏈中最關鍵、最重要的一環,將直接影響到太陽能發電的普及和發展。有效提高太陽能電池的光電轉換效率,降低制造、應用成本并實現發電穩定性,是高效太陽能電池開發、制造中必須要解決的關鍵問題。

  目前,普通太陽能電池產業化水平的光電轉換效率大致為,單晶18%-19%、多晶17.3%-17.8%,非晶硅薄膜8%~9%。根據國務院發布《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》,明確提出新上光伏制造項目應滿足單晶硅光伏電池轉換效率不低于20%、多晶硅光伏電池轉換效率不低于18%、薄膜光伏電池轉換效率不低于12%。

  因此,所謂高效太陽能電池,主要是指電池產業化水平的光電轉換效率要相對現有普通電池更高,即:單晶>20%、多晶>18%、非晶硅薄膜>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”原理將太陽能轉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。電池產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(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,尚未大規模產業化。

  目前,全球光伏產業尚處在導入期,有關高效太陽能電池的多種相關技術路線都在并行發展。其中,晶硅高效太陽能電池因具有高光電轉換率、低污染、性能穩定不易衰減、大規模制造技術成熟等方面的優點。因此,世界范圍內以晶體硅太陽能電池為主的高效太陽能電池結構,既是過去幾年的真實寫照,而且還將會在未來十幾年持續占據主導地位。

  但是,就現在的規?;a而言,要達到上述的效率要求,可能需要我們實現從常規P型晶體硅技術,到P型晶體硅的PREC/PERT技術以及N型電池技術(含N型雙面、異質結、背接觸、異質結背接觸電池)的轉變。同時,薄膜電池與晶硅電池相比,在光電轉換效率、成本和穩定性等方面可以進行的改善空間較大,薄膜技術領域的突破有望使其成為未來高效太陽能電池發展的熱點。

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