我国薄膜太阳能电池亟待产业化

2017/8/14 9:47:39 经济参考报

在日前于宁夏银川召开的中国材料大会上,与会专家认为,钙钛矿、碲化镉薄膜太阳能电池转换效率不断提升,具有制备成本低、轻薄等优势,发展前景广阔。但稳定性差、大面积制备难等瓶颈阻碍了其大规模产业化。一些专家和学者建议,应加大基础研究,瞄准柔性电池强化研发,打破国外技术垄断,推动薄膜太阳能电池实现产业化,促进我国光伏产业升级换代。

新型薄膜太阳能电池发展迅速

近年来,我国光伏产业发展迅速,太阳能作为一种可再生资源受到越来越多的关注。虽然硅太阳能电池占据了光伏组件约90%的市场份额,但钙钛矿、碲化镉薄膜太阳能电池发展迅速,且转换效率不断提升,相对硅太阳能电池成本又低,发展前景广阔。

与会专家认为,在光电转化效率方面,与单晶硅25%、多晶硅20%的转化率相比,碲化镉、钙钛矿薄膜太阳能电池分别达到17%和21%,差距在逐步缩小。另外,薄膜太阳能电池在成本、厚度方面优势明显,钙钛矿薄膜太阳能电池的成本较晶硅材料低25%左右;碲化镉、钙钛矿薄膜太阳能电池厚度分别为3至5微米和0.6微米,而晶硅材料至少为100微米。

其中,钙钛矿太阳能电池被视为最有希望取代传统石化能源的新能源电池之一,因制备方法简单、材料易于获取、能耗低等优势,成为国内外太阳能电池研究的热门领域。陕西师范大学教授刘生忠说:“仅8年时间,钙钛矿薄膜太阳能电池的转化效率就从4%提高到21%,发展速度很快。”

四川大学教授武莉莉说,除了成本低,薄膜太阳能电池与晶硅材料太阳能电池相比最大的优势在于薄,除了一般的用途外,可做成可穿戴或者军用的柔性太阳能电池。

在应用方面,碲化镉、钙钛矿薄膜太阳能电池也作出了探索。2016年,全国首个碲化镉薄膜太阳能电池产业化项目已落地浙江嘉兴,四川大学自建了一条中试线。而钙钛矿薄膜太阳能电池目前还处于实验阶段,中山大学副研究员郑世昭结合钙钛矿薄膜太阳能电池研发可折叠的柔性太阳能电池,已经取得突破,预计3到5年内投产。

产业化遭遇发展瓶颈

虽然国内关于碲化镉、钙钛矿薄膜太阳能电池的研究成果不少,但大多停留在实验室和论文里,产业化应用还不够。专家学者认为,目前我国在碲化镉、钙钛矿薄膜太阳能领域还存在诸多短板。

碲化镉薄膜太阳能电池经过半个多世纪的发展,技术相对成熟,目前90%的市场由美国薄膜电池制造商First Solar垄断,而钙钛矿太阳能电池还停留在实验室里,还需在基础研究方面不断寻求突破。

武莉莉说,我国碲化镉薄膜太阳能电池转化率与国外还有不小差距,这凸显了我国基础研究方面的短板,如果不重视基础研究,想要提高转化率会非常困难,提高产业竞争力更无从谈起。

稳定性对于薄膜太阳能电池而言至关重要,这也是钙钛矿薄膜太阳能电池产业化的一大制约因素。“太阳能电池的使用寿命一般在20年左右,而钙钛矿薄膜太阳能电池的稳定性从几个小时提高到现在的5个多月,还远远不能满足现实需求。”中国工程物理研究院化工材料研究所博士郑霄家说。

此外,大面积制备也是当前薄膜太阳能电池发展的一大制约因素。从基础研究到量产、从实验室到中试线是一个复杂的过程,目前研发的钙钛矿太阳能电池面积多为一平方厘米及以下,研发大面积高效率组件面临很多技术挑战,也是其走出实验室迈向规模化生产的主要障碍。郑世昭说,实验室里的产品虽然有突破但面积非常小,而大面积制备后如何保证可靠性依旧是一个难题。

应开发柔性太阳能电池

与会专家认为,钙钛矿、碲化镉薄膜太阳能电池具有良好的发展前景,应进一步加大在基础研究方面的投入,走差异化发展路子,把重点放在柔性太阳能电池,并加强院企合作,加速试验成果走出实验室。

一是加大基础研究投入。武莉莉、刘生忠等人认为,我国钙钛矿、碲化镉薄膜太阳能电池研究已取得不小进步,但在各自领域仍存在瓶颈。在注重发展速度的同时,各个研发机构需重视基础研究,并在加大基础研究投入的同时注重人才队伍建设,为后续研发取得突破积蓄力量、储备人才。

二是瞄准柔性太阳能电池持续发力。郑世昭认为,短时间内晶硅材料的市场主导地位难以撼动,钙钛矿、碲化镉薄膜太阳能电池应充分发挥自身轻薄的优势,瞄准柔性太阳能电池加强研发。

三是加强院企合作,加速科研成果产业化。业内人士认为,大面积制备一直是薄膜太阳能电池产业化的一大瓶颈,由于研发投入大,仅靠科研院所难以实施。国家相关部门应鼓励企业参与进来、共同推进,加速科研成果从实验室走向生产车间,推出适应市场需求的产品。