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  • 發布時間:2015-03-20 08:55 原文鏈接: 制造首富的薄膜光伏到底是何方神圣?

      過去幾個月里,傳統地產巨頭萬達發力轉身電商、文化、金融領域,實力不減;阿里巴巴在美國成功上市,也終于站上了全球商業的最高梯隊。就在公眾熱議馬、林二位誰是中國首富之時,不想,漢能集團李何君憑借暴漲的薄膜太陽能電池以及其他能源資產,擠掉了前兩位,后來居上,成為2015年胡潤榜中國首富。風云變幻的商業圈中,硝煙滾滾,首富之爭永遠是一個耐人追尋的話題。呃,當然,這篇文章可不是來探討首富們是怎么煉成的,作為材料人,我們今天要來挖掘點其中有內涵的東西——薄膜太陽能電池。

      嚴格說起來,太陽能發電分光熱發電和光伏發電兩種。前者利用匯聚的太陽光,將光能轉化為熱能,然后再轉化為電能。通常我們說的太陽能發電直接就指太陽能光伏發電,簡稱“光電”,利用半導體界面的“光生伏特效應”,將光能直接轉變為電能。光伏發電的關鍵元件是太陽能電池,多個電池串聯后進行封裝保護形成大面積的太陽電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

      光伏發電核心是太陽能電池,而制作電池的材料則是又一核心。傳統太陽能電池是采用單晶硅為面板材料,雖然轉換效率較高(25%左右),但由于面板重,運輸不便,材料成本高,再加上市場狹窄,單晶硅供應不穩定,近年來多種替代材料逐漸興起,如非晶硅(α-Si)、銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、銅銦硒(CIS),有機和有機-無機雜化材料等。較傳統笨重的單晶硅太陽能電池,新材料電池更輕更薄(故稱薄膜電池),吸引了李河君等一批人撲身于此。

      薄膜電池是使用價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金屬片等不同材料作為基板,將光電材料構成的薄層沉積于襯底從而制備成太陽能電池,形成厚度僅需數微米的薄膜。不過,沉積在異質基底上的薄膜易產生缺陷,造成光電轉換效率很低。薄膜發電原理與晶硅相似,但是原料用量極少,成本更為低廉,還具有可撓性,能制作成非平面構造,與建筑相結合。

      因此,薄膜光伏(Thin Film Photovoltaics,TFPV)最大的機遇就在建筑應用,包括商業、工業、住宅市場。由于薄膜技術固有的靈活性,可彎曲,相對柔韌。電池能夠以多種方式集成到建筑材料中,進而嵌入到屋頂和墻壁(嵌入式PV),從而抵消傳統光伏的安裝成本。再者,其重量輕,適合自行安裝,對發展中國家的農村地區尤具吸引力。另一個新興應用是嵌入式PV智能窗戶,降低成本的同時也為窗戶增加了新的功能。薄膜電池還可能用于消費電子、軍事領域,例如由太陽能提供動力的作戰服裝。

      雖然可用于薄膜電池的材料類型很多,但就目前來看真正能實現產業化大規模生產的只有非晶硅,銅銦鎵硒(CIGS)和碲化鎘(CdTe)也僅僅剛走出實驗室。與傳統光伏相比,薄膜光伏所占的市場份額還非常小。盡管TFPV已是光伏技術中最耀眼的一員,生產份額不斷擴張,但事實上其發展道路并非一片陽光。

      首先,推動薄膜技術發展的最初因素是晶硅原料的短缺以及價格高昂,但是如今由于硅原料價格大幅下跌,替代材料的興起,之前短缺狀況緩解。這在一定程度上大大削弱了薄膜電池的成本優勢,消除了其需求增長的一個主要動力。

      其次,薄膜電池最大的壁壘在于光電轉換效率低。單晶硅太陽能電池一般能達到20%左右,而非晶硅薄膜電池目前效率大約只有10%(甚至很多低于10%),還存在一定差距,尤其我國的薄膜電池生產技術還相對較為低下。

      此外,薄膜電池穩定性較差,能量轉換效率隨輻照時間的延長會發生變化;與晶體硅電池相比,相同輸出電量所需的電池面積超過一倍,在安裝空間和光照面積有限的情況下限制了應用;一些有機或者有機-無機混合材料引入薄膜電池時,也要考慮伴隨而來的諸如安全性問題。再者,薄膜光伏同傳統光伏一樣,也面臨并網困難、安裝技術等不可避免的挑戰。

      長期以來,我國光伏產能過剩,需求不振,90%的光伏組件銷往海外,曾引發了各國的反補貼、反傾銷調查。為了緩解“兩反”, 近兩年國家層面上空前支持光伏發電。隨著光伏市場的回暖,尤其是國內市場的不斷擴大,這雖然給了薄膜電池一些生存空間,不過目前情況下薄膜太陽能電池還很難與晶體硅電池競爭。

      在當前光伏產業依然前途未知的境地下,薄膜光伏會不斷超越走向千家萬戶,抑或者最終只是陽光下的彩色泡沫,這只能等時間來檢驗了。

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