12大太陽能光伏電池新技術(shù)一覽 - 全文

　　近日，太陽能光伏電池行業(yè)傳來不少新型電池成功研發(fā)的喜訊，既有工藝技術(shù)上的變革、也有制造材料上的創(chuàng)新。真可謂是百花齊放、百舸爭流。下面給大家總結(jié)一些2011年最新的太陽能光伏電池研發(fā)成果，讓感興趣的朋友們能更深入的了解到現(xiàn)今的太陽能光伏電池技術(shù)的發(fā)展。

　　1.噴墨打印技術(shù)降低銅銦鎵硒太陽能光伏電池

　　傳統(tǒng)的太陽能光伏電池生產(chǎn)技術(shù)通常非常耗時(shí)，并且需要使用昂貴的真空系統(tǒng)和有毒的化學(xué)物質(zhì)。使用氣象沉積沉淀化合物，如銅銦鎵硒（CIGS），會(huì)損失大量昂貴的材料。俄勒岡州立大學(xué)的工程師首次研發(fā)出一種通過噴墨打印技術(shù)制造銅銦鎵硒太陽能光伏電池的方法。這個(gè)方法可以減少90%原材料損耗，大幅降低了使用昂貴化合物生產(chǎn)太陽能光伏電池的成本。

　　研究者發(fā)明了一種墨，能夠?qū)ⅫS銅礦打印在基片上，打印出的成品能量轉(zhuǎn)化效率為5%。雖然，這個(gè)轉(zhuǎn)化效率還無法滿足商用，但研究者表示他們在接下來的研究中有望將轉(zhuǎn)換率提高到12%。

　　工程師們正在研究其他更為便宜、可用于噴墨技術(shù)的化合物。他們稱，如果這些材料能夠降低足夠的成本，直接在屋面材料上安裝太陽能電池將成為可能。

　　2.單晶多晶混合太陽能光伏電池

　　中國太陽能電池生產(chǎn)商尚德電力（SuntechPower）研發(fā)出新型混合太陽能光伏電池，可以有效降低太陽能光伏發(fā)電成本10%到20%。這種電池由70%的單晶硅和30%的多晶硅構(gòu)成。單晶多晶混合硅片的造價(jià)成本只是傳統(tǒng)單晶硅硅片的一半。由于硅片只占太陽能總體成本的一部分，所以從整體上來看，有助于降低太陽能發(fā)電成本10%-20%。

　　尚德電力首席技術(shù)官StuartWenham表示，將很快實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)。

　　3.全光譜太陽能光伏電池

　　近日?qǐng)?bào)道，加拿大科學(xué)家表示，他們研發(fā)出了一款新式的全光譜太陽能光伏電池，其不但可以吸收太陽發(fā)出的可見光，也可以吸收不可見光，從理論上講，轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)42%，超過現(xiàn)有普通太陽能光伏電池31%的理論轉(zhuǎn)化率。研究發(fā)表在最新一期的《自然·光子學(xué)》雜志上。

　　此款基于膠體量子點(diǎn)（CQD）的高效串接太陽能光伏電池由加拿大首席納米技術(shù)科學(xué)家、多倫多大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系教授泰德·薩金特領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)研制而成。論文主要作者王希華（音譯）表示，該太陽能光伏電池由兩個(gè)吸光層組成：一層被調(diào)制用于捕捉太陽發(fā)出的可見光；而另外一層則可以捕捉太陽發(fā)出的不可見光。

　　薩金特希望，在5年內(nèi)，將這款新的分級(jí)重組層太陽能光伏電池整合入建筑材料、手機(jī)和汽車零件中。

　　4.量子阱太陽能光伏電池

　　在西雅圖舉行的第37屆IEEE光伏專家會(huì)議上，MagnoliaSolar的首席技術(shù)官RogerE.Welser博士做了有關(guān)InGaAs量子阱太陽能光伏電池的報(bào)告，MagnoliaSolar刷新了該類太陽能光伏電池的電壓記錄。

　　“通過把窄帶隙量子阱嵌入寬帶隙材料中，量子阱結(jié)構(gòu)太陽能光伏電池吸收光譜更寬，同時(shí)吸收高能光子的能量損失更小?！盡agnoliaSolar的董事長兼首席執(zhí)行官AshokK.Sood博士表示，“單結(jié)量子阱太陽能光伏電池在非聚光條件下的理論轉(zhuǎn)化效率高達(dá)45%。”

　　5.可撓式非晶硅太陽能光伏電池

　　日本媒體近日?qǐng)?bào)導(dǎo)，TDK已研發(fā)出一款可撓式太陽能電池，藉由光學(xué)設(shè)計(jì)的改良，該款太陽能光伏電池在屋外陽光下的轉(zhuǎn)換率已自現(xiàn)行的4.5%提升至7%的水準(zhǔn)，TDK并計(jì)畫于今（2011）年夏天透過甲府工廠量產(chǎn)該款太陽能光伏電池。據(jù)報(bào)導(dǎo)，該款太陽能電池為采用薄膜基板的非晶硅（amorphoussilicon）太陽能光伏電池。

　　報(bào)導(dǎo)指出，目前TDK的太陽能光伏電池產(chǎn)品主要應(yīng)用于手表上，惟隨著上述新產(chǎn)品進(jìn)行量產(chǎn)，TDK今后也計(jì)畫積極搶攻需求日益擴(kuò)大的智慧卡及采用電子紙的電子書閱讀器市場。

　　6.三菱化學(xué)窗簾衣物制作太陽能電池

　　在有望成為“新一代太陽能電池”的“有機(jī)薄膜太陽能電池”領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了世界最高的9.2％能源轉(zhuǎn)換效率。三菱化學(xué)的有機(jī)薄膜太陽能光伏電池的特點(diǎn)是，可利用印刷技術(shù)進(jìn)行高效生產(chǎn)。不久的將來，也許房間的壁紙、窗簾、汽車車身以及衣服等都能實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電。

　　有機(jī)類太陽能電池物如其名，是以碳等有機(jī)物為材料的太陽能光伏電池。目前大致可分為“色素增感型太陽能光伏電池”和“有機(jī)薄膜太陽能電池”兩種。三菱化學(xué)研究開發(fā)的是后者。有機(jī)薄膜太陽能光伏電池采用易于采購的原料，與以往的結(jié)晶硅太陽能光伏電池相比，可大幅降低生產(chǎn)成本。另外，還具備薄型、輕量、可彎曲等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣泛，能夠加工成多種形狀。

　　此前有機(jī)類太陽能光伏電池存在的課題是，能源轉(zhuǎn)換效率只有5％左右，產(chǎn)品壽命短。因此，為進(jìn)一步提高能源轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品壽命，眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)展開了激烈競爭。在這種情況下，三菱化學(xué)發(fā)布了“能源轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.2％”的試制品。

　　7.廈大研發(fā)新型太陽能光伏電池

　　廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院康俊勇教授課題組日前成功研發(fā)出以氧化鋅和硒化鋅兩種寬帶隙半導(dǎo)體為材料的太陽能光伏電池，從而大大穩(wěn)定其性能并延長使用時(shí)間。據(jù)悉，這是國際上首次實(shí)現(xiàn)了寬帶隙半導(dǎo)體在太陽能光伏電池中的應(yīng)用。

　　近期，英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的《材料化學(xué)》雜志發(fā)表了這一成果，在國際上引起廣泛關(guān)注。美國《科技日?qǐng)?bào)》等十多個(gè)科技網(wǎng)站對(duì)該項(xiàng)成果進(jìn)行了報(bào)道和轉(zhuǎn)載。

　　據(jù)介紹，所謂寬帶隙半導(dǎo)體，一般是指室溫下帶隙大于2.0電子伏特的半導(dǎo)體材料。從物理學(xué)上來講，帶隙越寬，其物理化學(xué)性質(zhì)就越穩(wěn)定，抗輻射性能越好，使用時(shí)間也越長。但與此同時(shí)，帶隙寬卻存在對(duì)太陽光的吸收較少，光電轉(zhuǎn)換效率低的缺陷。受制于這種“致命缺陷”，寬帶隙半導(dǎo)體材料以往在太陽能電池中不用作發(fā)電的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，而僅用作電極。

　　8.柔性太陽能電池

　　2011年6月9日物理學(xué)家組織網(wǎng)站報(bào)道，杜邦卡普頓（DuPontKapton）無色聚酰亞胺薄膜（polyimidefilm）是一種新材料，目前正在開發(fā)，作為柔性基質(zhì)，用于碲化鎘（CdTe：cadmiumtelluride）薄膜光伏（PV）模塊，現(xiàn)在，能源轉(zhuǎn)換效率上已經(jīng)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)小組，已展示了13.8%的轉(zhuǎn)換效率，他們使用了這種新的無色薄膜，刷新了他們過去12.6%的紀(jì)錄，并接近使用玻璃的紀(jì)錄。

　　卡普頓聚酰亞胺薄膜薄了100倍，輕了200倍，這是對(duì)比通常使用的光伏玻璃而言，因此，就有一種先天的優(yōu)勢，可以過渡到基于柔性薄膜而不是剛性玻璃的碲化鎘系統(tǒng)。高速而低成本的卷到卷沉積技術(shù)（roll-to-rolldepositiontechnologies）可用于高通量（high-throughput）制造柔性太陽能電池，采用聚合物薄膜（polymerfilm）作為基板就可以。新的聚酰亞胺薄膜意義重大，潛在地說，可帶來更輕更薄的柔性光伏組件，更容易處理，成本更低就可以安裝，這使它可以理想地做一些應(yīng)用，包括建筑一體化光伏應(yīng)用。

　　9.索尼染料敏化太陽能光伏電池

　　在“2011年中日綠色博覽會(huì)”上，眾多的日本企業(yè)全面展出了環(huán)?？萍?、環(huán)保產(chǎn)品和環(huán)境管理方面的先進(jìn)實(shí)踐。作為全球首家提出環(huán)境“零負(fù)荷”目標(biāo)的跨國公司，索尼在染料敏化太陽能光伏電池等新材料、新能源、節(jié)能、凈化等領(lǐng)域的諸多尖端環(huán)境技術(shù)，成為此次展示的一大看點(diǎn)。

　　染料敏化太陽能光伏電池的主要材料采用染料分子而不是硅，通過染料分子吸收光能轉(zhuǎn)換為電能。生產(chǎn)上可以采用涂布印刷等簡單工藝，對(duì)環(huán)境影響輕微。很容易實(shí)現(xiàn)顏色變化和多樣的設(shè)計(jì)。索尼公司研發(fā)的染料敏化太陽能光伏電池模組試驗(yàn)機(jī)的光電轉(zhuǎn)換效率是世界最高水平（經(jīng)驗(yàn)證達(dá)到9.9%）。

　　10.深港合作研發(fā)新一代太陽能光伏電池

　　香港中文大學(xué)與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合作，前不久成功研發(fā)出光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)17％的銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能光伏電池，領(lǐng)先全國，比肩世界頂級(jí)水平。

　　CIGS電池以價(jià)格低廉的玻璃、塑膠、金屬箔片作為基底，再鍍上1／200毫米的多層薄膜材料組成可在陰天及散射光下發(fā)電，適用于高樓林立的城市環(huán)境，比傳統(tǒng)的晶體硅太陽能光伏電池薄98％，成本降低一半，被稱為“下一代非常有前途的新型薄膜太陽能光伏電池”。

　　此次深港合作研制的CIGS電池，纖薄易攜，性能穩(wěn)定，既適用于給屋宇樓頂及建筑外墻發(fā)電，也可植入手袋及背包等個(gè)人物品實(shí)時(shí)為電子產(chǎn)品充電，還可用作航天及軍用電子設(shè)備電源。據(jù)專家介紹，如果在屋頂上鋪10平方米CIGS電池每日可供5至6度電，足夠提供4人家庭一日之用。如果是面積為10cm×10cm的CIGS電池，在陽光充足的條件下，為一部手機(jī)充滿電只需2至3小時(shí)，價(jià)格預(yù)計(jì)為30港元。而且CIGS電池耐用度可達(dá)20年，保養(yǎng)簡單，只需偶爾抹拭電池表面便可。

　　11.日歐共同開發(fā)集光型太陽能光伏電池

　　日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）宣布，日本和歐盟（EU）將攜手開發(fā)單元轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45％以上的集光型太陽能光伏電池。日本和歐盟6個(gè)國家的產(chǎn)學(xué)官研究機(jī)構(gòu)將參加此次開發(fā)。研發(fā)期間是截至2014年的約4年時(shí)間，預(yù)算規(guī)模預(yù)計(jì)為日方出資6億5000萬日元，EU出資500萬歐元（約合6億日元）左右。

　　日本方面，豐田工業(yè)大學(xué)教授山口真史為研發(fā)負(fù)責(zé)人，夏普、大同特殊鋼、東京大學(xué)以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等參與開發(fā)。EU方面，西班牙馬德里理工大學(xué)（TechnicalUniversityofMadrid）的AntonioLuque為研發(fā)負(fù)責(zé)人，德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（FraunhoferInstituteforSolarEnergySystems）、英國倫敦帝國學(xué)院（ImperialCollegeLondon）、意大利國家新技術(shù)能源和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展局（ItalianNationalAgencyforNewTechnologies，EnergyandSustainableEconomicDevelopment）、西班牙BSQSolar，SL.、德國PSEAG以及法國FrenchNationalInstituteforSolarEnergy參與開發(fā)。旨在實(shí)現(xiàn)45％以上單元轉(zhuǎn)換效率的具體研發(fā)項(xiàng)目包括：新材料和新構(gòu)造的開發(fā)、單元和模塊的開發(fā)及評(píng)測、集光型太陽能光伏電池測量技術(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)等。

　　12.石墨烯制備新型高效太陽能光伏電池

　　石墨烯的電子遷移率是硅的100倍，具有卓越的強(qiáng)度和透明度，97.7％的光可被傳輸，是一種理想的電極材料。

　　極高的電子遷移率使石墨烯具有理想的條件，電子穿過石墨烯時(shí)，大約有100倍的遷移率，這是對(duì)比硅而言，石墨烯還具有卓越的強(qiáng)度，而且事實(shí)上，它幾乎是透明的（2.3％的光可被吸收；97.7％的光可被傳輸），這些都使它成為理想的候選材料，可用于光伏領(lǐng)域，超薄透明石墨烯膜就可替代金屬氧化物電極。因此，它可能是一種很前途的替代材料，可替代銦錫氧化物（ITO：indiumtinoxide），銦錫氧化物是目前標(biāo)準(zhǔn)的透明電極材料，石墨烯用作電極，可用于液晶顯示器，太陽能光伏電池，iPad和智能手機(jī)使用的觸摸屏，以及有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器，這種顯示器用于電視和計(jì)算機(jī)。

　　通過以上的太陽能光伏電池技術(shù)發(fā)展可知，不管是何種太陽能電池的研發(fā)與創(chuàng)新，提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率、降低太陽能光伏電池生產(chǎn)成本是所有電池生產(chǎn)企業(yè)及研發(fā)機(jī)構(gòu)關(guān)注的核心問題。我相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步、電池生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，必會(huì)促使太陽能光伏電池的生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低。那么未來終將使得光伏組件價(jià)格持續(xù)下降，平價(jià)上網(wǎng)也將有望早日實(shí)現(xiàn)。