隨著社會的進步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。能源與環(huán)境問題是全球關注的焦點，在化石能源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴重的雙重壓力下，對于清潔且“取之不盡、用之不竭”的可再生能源的利用成為解決此種壓力的有效途徑。
光伏發(fā)電作為可再生能源的重要利用方式之一，目前已得到廣泛認可。太陽電池作為實現(xiàn)光伏發(fā)電的重要載體，其轉換效率的高低直接決定了光伏組件發(fā)電量的多少。隨著科技的不斷進步，太陽電池的轉換效率不斷提升，光伏發(fā)電在人們電力利用中的占比也在逐步提高。悉尼新南威爾士大學(UNSW Sydney) 卓越教授馬丁? 格林作為硅太陽電池方面的世界頂尖專家，斬獲了包括“全球能源獎”(Global Energy Prize) 在內(nèi)的諸多國際大獎，其所組建的研究團隊是國際光伏領域最大、最知名的高校研究團隊，并發(fā)明了目前已成為主要商業(yè)電池的PERC 太陽電池。
借著此次馬丁? 格林教授來北京參加“第二屆中澳科學未來會議”的機會，會后本刊與其他媒體記者一起針對鈣鈦礦太陽電池的優(yōu)缺點、PERC 太陽電池轉換效率的提升空間、未來光伏技術的發(fā)展瓶頸等問題采訪了馬丁? 格林教授。
問：您如何評價第三代太陽電池——鈣鈦礦太陽電池?您認為它的優(yōu)點和缺點分別是什么?
答：目前，鈣鈦礦太陽電池確實引起了研究人員的關注，這項技術其實還是很不錯的，但它存在兩個問題，一個是缺乏穩(wěn)定性，另一個是具有毒性。
鈣鈦礦太陽電池的主要問題是衰退率，在光照下的前8 個月，性能最好的鈣鈦礦太陽電池能保留97% 的性能，而標準化的硅太陽電池在第一年的衰退率是低于2%～3% 的。在隨后25～30 年間，鈣鈦礦太陽電池每年的衰退率會在0.5%以內(nèi)。由于光伏組件在全球范圍內(nèi)廣泛使用，很多制造商向市場保證了25～30 年的使用期。所以穩(wěn)定性是非常重要的一點，不穩(wěn)定的組件是不能適應市場和投資需求的。
再者，鈣鈦礦太陽電池中含有鉛這種重金屬，可能對人類健康產(chǎn)生不良影響。鈣鈦礦能夠溶于水，鉛可能會析出并影響周圍環(huán)境。所以，現(xiàn)在很多研究人員都在考慮能否將鉛從里面分離出來，但到目前為止，好像還存在一些困難。這是一個比較大的問題。
問：對于鈣鈦礦太陽電池的材料，您所在的實驗室是否有嘗試采用其他材料?
答：想要生產(chǎn)出與硅性能相似的材料，可以將一些金屬和非金屬材料以一定比例結合，生產(chǎn)出不同的半導體產(chǎn)品。我們現(xiàn)在也在研究其他與硅有類似性能的混合材料，主要關注的是含有硫的混合物。其中一種是將C( 銅)、Z( 鋅)、T( 錫)、S( 硫) 這幾種材料用適當?shù)谋壤M行混和，就能夠生產(chǎn)較好的半導體產(chǎn)品。這些材料的優(yōu)點一是無毒性，二是材料較為豐富，儲備也較多。現(xiàn)在悉尼新南威爾士大學研究的這類材料所制備的太陽電池的效率取得了世界紀錄，但也僅為11%，我們希望將它提升到20%。
問：您覺得CZTS 太陽電池離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有多遠?
答：首先要將其效率提升到20%，這可能要花5 年或者10 年，也可能永遠都達不到20%。
問：PERC 太陽電池的效率是否還有提升空間?
答：目前悉尼新南威爾士大學取得了PERC太陽電池效率25% 的世界紀錄。這種電池已開始被大多數(shù)中國及世界上一些生產(chǎn)商大規(guī)?；a(chǎn)，若想使其效率達到30%，必須在硅上堆棧不同的材料來制成電池。在技術上實現(xiàn)40%的轉換效率其實也是可以的，可以利用一些比較昂貴的太陽電池材料，將太陽光進行聚焦和轉化。我們的實驗室結果證明這種方式能夠使PERC 太陽電池的效率達到40%，但是成本還是非常高的。
問：您認為p 型PERC 和n 型PERC 兩種技術哪個更有發(fā)展前景?
答：目前p 型PERC 太陽電池的生產(chǎn)量相對于n 型的較大。但是從性能上來看，兩者之間并無較大區(qū)別，性能非常接近。
問：現(xiàn)在各種各樣的光伏技術， 比如PERC、MWT、疊片等，您認為光伏技術未來的主流方向是哪個?您如何看待異質(zhì)結的未來發(fā)展?大硅片對于光伏產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展會有怎樣的影響?
答：一直到2018 年，世界上主要的太陽電池生產(chǎn)商還都是采用美國在20 世紀70 年代所開發(fā)的技術，當時美國對太陽能研發(fā)方面進行了大量投資。這項技術從研發(fā)以來，在過去的40 多年間都在被全世界的生產(chǎn)商所采用。但是直到2019 年，終于有另外更先進的技術在出貨量上超越了美國此前研發(fā)的光伏技術，這就是悉尼新南威爾士大學所開發(fā)的PERC 技術。今年確實是一個非常重要的年份，改變了過去40 年光伏主要技術路線的使用狀況。對于硅片，行業(yè)一開始使用的尺寸是156mm，近期一些企業(yè)開始使用166 mm 的，也有另外一些企業(yè)使用超過200 mm 的，但到目前為止，還不是特別確定哪種會成為行業(yè)主流。
問：中國的光伏產(chǎn)業(yè)即將進入平價應用時代，在您看來，未來成本下降的空間還有多大?
答：成本還有進一步下降的空間，采用標準化的“硅”技術，成本相對于現(xiàn)在的價格可能還會下降50%，或至少下降25%～50%。
問：澳大利亞光伏產(chǎn)品發(fā)展的技術路線與中國相比有什么不同點?從目前光伏技術研發(fā)的情況來看，您覺得在全球范圍內(nèi)，未來光伏技術發(fā)展的瓶頸在哪里?您對中國未來能源體系的發(fā)展有什么建議?
答：不同點在于：首先，中國是世界上最大的光伏技術使用國或消耗國，但從人均光伏使用量來說，澳大利亞更大一些。此外，澳大利亞的光伏產(chǎn)品相對于煤電來講競爭力更強一點，利用光伏發(fā)電的成本價格比煤電低，即使是在冬天，澳大利亞太陽能發(fā)電所占的發(fā)電比例也能達到6%～7%，這個份額還是挺高的。預計到2022 年，太陽能發(fā)電與風力發(fā)電所占比例的總和會占到澳大利亞總體發(fā)電量的30%。再者，中國是世界上最大的太陽電池生產(chǎn)國，但是澳大利亞不生產(chǎn)，主要是進行利用。
在太陽能發(fā)展方面，澳大利亞遇到的主要瓶頸是澳大利亞政府不是特別支持可再生能源的發(fā)展，盡管如此，太陽能在澳大利亞的發(fā)展還是非常迅速的。技術方面的瓶頸主要是在硅上進行不同材料的堆棧。目前光伏組件的轉換效率其實只有20% 左右，如果我們在現(xiàn)有電池上進行半導體材料的堆棧，它的效率能夠提高到30%。現(xiàn)在我們面臨的挑戰(zhàn)就是要找到這樣的原材料，它需具有一定的特性，比如有效性、穩(wěn)定性，并且應該是儲備充足的，沒有毒性。
找到這4 個條件都滿足的原材料，也是現(xiàn)在面臨的一個技術挑戰(zhàn)。
至于建議，中國光伏產(chǎn)品已經(jīng)做的特別好了，企業(yè)競爭力也非常強，所以沒有什么特別的建議。
問：您曾提到澳大利亞很多光伏系統(tǒng)都配備儲能，在澳大利亞儲能的成本大概是多少?配備儲能之后的發(fā)電價格與直接從電網(wǎng)購買的價格差別大不大?大概是多少?
答：的確，儲能會有額外的成本。但是在澳大利亞太陽能發(fā)電的成本要比煤電便宜，所以會有一個發(fā)電的價格差。但總體來講，由于太陽能發(fā)電的成本越來越低，總體的儲能成本也在相應降低。
如果配有儲能，即使會有一些能源效率的浪費或有一些儲能的建造成本，但相對于直接從電網(wǎng)購電仍然還是要低的。而且現(xiàn)在澳大利亞太陽能發(fā)電的成本越來越低了。
問：您提到澳大利亞政府不是特別支持光伏產(chǎn)品或其他的可再生能源，為什么?是不是澳大利亞的減排壓力比較小?
答：主要是因為澳大利亞是一個煤炭出口國，在煤炭行業(yè)有大量的就業(yè)人口。如果大力發(fā)展太陽能等可再生能源，煤炭行業(yè)的就業(yè)人員就會失業(yè)，會對政府造成一定影響，尤其是政治方面的影響。幾個月之前澳大利亞進行了一個選舉，當選的政府實際上只是以微弱的投票優(yōu)勢勝選，其中，投支持票的人很大一部分就是來自煤礦產(chǎn)區(qū)的選民。所以政府還是要保護煤炭行業(yè)的。
問：請您介紹一下，悉尼新南威爾士大學與中國企業(yè)在光伏領域會有哪些合作?
答：悉尼新南威爾士大學與中國很多生產(chǎn)廠家都有合作，從而進一步提升商業(yè)化產(chǎn)品的相關性能。尤其在今年，許多中國企業(yè)引入了PERC技術，對于這個技術來說，如果要提高產(chǎn)品的整體性能，必須要進行氫化處理。所以，悉尼新南威爾士大學跟中國引進這個技術的許多企業(yè)在氫化處理方面有很多合作。
此外，悉尼新南威爾士大學之前有很多來自中國的留學生，一些博士生畢業(yè)之后回國創(chuàng)業(yè)，現(xiàn)在都已處于較高的管理崗位。所以我們也會跟他們在研發(fā)方面進行各種不同的合作。
問：很多研究機構都提出來很大膽的想法或者計劃，比如在2050 年實現(xiàn)100% 的可再生能源利用，您從技術發(fā)展的趨勢來看，2050 年能否實現(xiàn)這個目標?
答：在技術上是完全可以實現(xiàn)2050 年對可再生能源100% 的利用比例。比如光伏行業(yè)，它的發(fā)展速度實際上比我們的預期要快，利用太陽能發(fā)電來取代煤炭發(fā)電，可能速度比我們想象的還要快。所以技術上應該是沒有問題的。
科技改變生活，探索創(chuàng)新永無止境。在實現(xiàn)光伏平價上網(wǎng)的道路上，降本提效是大勢所趨，而提高太陽電池效率作為其中重要一環(huán)，研究人員從未停止對它的探索。馬丁? 格林教授與他的團隊30 多年來一直在對硅太陽電池進行探索與創(chuàng)新，不斷提高太陽電池的效率，在這種精神的推動下，相信之后他與他的團隊會帶給我們更多的驚喜。相信再過幾年到幾十年，當人類利用太陽能的技術很成熟的時候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當下就需要研究者更加努力研究新技術。
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