薄膜太陽能電池需要加快產(chǎn)業(yè)化

在日前于寧夏銀川召開的中國材料大會(huì)上，與會(huì)專家認(rèn)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(shì)，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(xué)者建議，應(yīng)加大基礎(chǔ)研究，瞄準(zhǔn)柔性電池強(qiáng)化研發(fā)，打破國外技術(shù)壟斷，推動(dòng)薄膜太陽能電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)我國光伏產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代。

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(guān)注。雖然硅太陽能電池占據(jù)了光伏組件約90%的市場(chǎng)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(duì)硅太陽能電池成本又低，發(fā)展前景廣闊。

與會(huì)專家認(rèn)為，在光電轉(zhuǎn)化效率方面，與單晶硅25%、多晶硅20%的轉(zhuǎn)化率相比，碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能電池分別達(dá)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(yōu)勢(shì)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(tǒng)石化能源的新能源電池之一，因制備方法簡(jiǎn)單、材料易于獲取、能耗低等優(yōu)勢(shì)，成為國內(nèi)外太陽能電池研究的熱門領(lǐng)域。陜西師范大學(xué)教授劉生忠說：“僅8年時(shí)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(xué)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(yōu)勢(shì)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(yīng)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(gè)碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目已落地浙江嘉興，四川大學(xué)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(shí)驗(yàn)階段，中山大學(xué)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(yù)計(jì)3到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(guān)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(shí)驗(yàn)室和論文里，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還不夠。專家學(xué)者認(rèn)為，目前我國在碲化鎘、鈣鈦礦薄膜太陽能領(lǐng)域還存在諸多短板。

碲化鎘薄膜太陽能電池經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，技術(shù)相對(duì)成熟，目前90%的市場(chǎng)由美國薄膜電池制造商First　Solar壟斷，而鈣鈦礦太陽能電池還停留在實(shí)驗(yàn)室里，還需在基礎(chǔ)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(chǔ)研究方面的短板，如果不重視基礎(chǔ)研究，想要提高轉(zhuǎn)化率會(huì)非常困難，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力更無從談起。

穩(wěn)定性對(duì)于薄膜太陽能電池而言至關(guān)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(gè)小時(shí)提高到現(xiàn)在的5個(gè)多月，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)實(shí)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(dāng)前薄膜太陽能電池發(fā)展的一大制約因素。從基礎(chǔ)研究到量產(chǎn)、從實(shí)驗(yàn)室到中試線是一個(gè)復(fù)雜的過程，目前研發(fā)的鈣鈦礦太陽能電池面積多為一平方厘米及以下，研發(fā)大面積高效率組件面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)，也是其走出實(shí)驗(yàn)室邁向規(guī)模化生產(chǎn)的主要障礙。鄭世昭說，實(shí)驗(yàn)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(gè)難題。

應(yīng)開發(fā)柔性太陽能電池

與會(huì)專家認(rèn)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(yīng)進(jìn)一步加大在基礎(chǔ)研究方面的投入，走差異化發(fā)展路子，把重點(diǎn)放在柔性太陽能電池，并加強(qiáng)院企合作，加速試驗(yàn)成果走出實(shí)驗(yàn)室。

一是加大基礎(chǔ)研究投入。武莉莉、劉生忠等人認(rèn)為，我國鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池研究已取得不小進(jìn)步，但在各自領(lǐng)域仍存在瓶頸。在注重發(fā)展速度的同時(shí)，各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)需重視基礎(chǔ)研究，并在加大基礎(chǔ)研究投入的同時(shí)注重人才隊(duì)伍建設(shè)，為后續(xù)研發(fā)取得突破積蓄力量、儲(chǔ)備人才。

二是瞄準(zhǔn)柔性太陽能電池持續(xù)發(fā)力。鄭世昭認(rèn)為，短時(shí)間內(nèi)晶硅材料的市場(chǎng)主導(dǎo)地位難以撼動(dòng)，鈣鈦礦、碲化鎘薄膜太陽能電池應(yīng)充分發(fā)揮自身輕薄的優(yōu)勢(shì)，瞄準(zhǔn)柔性太陽能電池加強(qiáng)研發(fā)。

三是加強(qiáng)院企合作，加速科研成果產(chǎn)業(yè)化。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)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(shí)施。國家相關(guān)部門應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)參與進(jìn)來、共同推進(jìn)，加速科研成果從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)車間，推出適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。