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薄膜电池产业化面临的挑战
日期:2019-08-23   [复制链接]
责任编辑:sy_zhangxiaoxiao 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
编者按:随着我国光伏发电行业的快速发展,有越来越多太阳能发电的应用,同时对太阳能电池技术水平要求也越来越高,目前太阳能电池市场硅材料占约90%,在这种情形下薄膜太阳能电池开始发展。

导语:太阳能电池行业作为技术密集型行业,对研发能力和技术水平要求相当高,高转化率已经成为研究机构和电池生产厂商关注的重点。
 
太阳能电池行业作为技术密集型行业,对研发能力和技术水平要求相当高,高转化率已经成为研究机构和电池生产厂商关注的重点。目前,硅材料电池的转化效率和技术水平相对稳定,严峻的成本和价格竞争压力,使越来越多的企业和研究机构将研究重点转向铜铟镓硒、碲化镉、钙钛矿、砷化镓等薄膜太阳能电池。但是,薄膜太阳能电池距离规模化、产业化和商业化发展仍存在一段距离。
 
产业化前景看好
 
近年来,我国光伏发电行业发展迅猛,以太阳能电池为代表的细分领域受到越来越多的关注,目前硅材料太阳能电池占据了光伏组件约90%的市场份额。在光伏行业仍以晶硅电池为主流的背景下,薄膜太阳能电池凭借其自身独特优势,实现快速发展。
 
在国家能源集团神华光伏科技研发公司总裁张波看来,薄膜技术被认为是新一代太阳能电池技术,相对于晶硅电池,薄膜太阳能电池在原材料和制备过程能耗低、污染低,并且原材料的利用率非常高。
 
汉能移动电源控股集团集团战略管理中心光伏行业高级研究员赵振越也表示,与晶硅电池相比,薄膜太阳能电池具有材料消耗少、制备能耗低、成本下降空间大等优势。同时,薄膜太阳能电池性能稳定、抗辐射能力强,光电转化效率已经接近目前市场上主流多晶硅太阳能电池。
 
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%。此外,最新消息显示,7月,我国商用大尺寸柔性铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能组件(采光面积1.08平方米),采光面积光电转换效率达到17.44%。
 
同时,在产业化和应用方面,薄膜太阳能电池步伐也在加快。日前,同煤大昶移动能源有限公司研发的具有可透光、可调整色彩、可弯曲、可粘贴安装、温度系数低等特点的薄膜太阳能电池,现已实现批量生产,与建筑物、消费电子、汽车、无人机等多领域实现跨界融合。
 
关于薄膜太阳能电池产业化的另一好消息是,7月初,在采用铜铟镓硒柔性太阳能组件的上海临港松江科技城的“拉斐尔云廊”项目上,由临港弘博投资建设的柔性光伏建筑一体化项目,完成了首期T1、T2、T3、T4塔楼网架部分柔性薄膜组件铺设,并顺利通过现场验收。
 
赵振越表示,相较于晶硅电池,薄膜太阳能电池具有轻薄柔等特点,具有广泛的市场应用,可应用于薄膜发电建筑一体化、工商业屋顶、互用发电等领域,也可以在消费电子、可穿戴、移动电源等领域实现跨界融合应用。
 
“拦路虎不容忽视”
 
薄膜太阳能电池技术虽然具有诸多优势,但在向量产化推进的过程中,仍面临着技术、资金、人才等发展瓶颈。
 
首先是,我国在薄膜电池技术方面的自主创新仍显不足,在研发上还有很长一段路要走。“目前,国内已经有多家企业在推进薄膜太阳能电池技术发展,但都没有完全意义上实现大规模量产。”张波认为,主要是我国薄膜太阳能电池技术自主创新能力较弱。其中非常关键的因素在于核心装备缺乏和核心工艺技术不足。“核心工艺技术的提升需要资金的持续投入,然而资金实力相对较差的企业,短时间见不到成效后便会放弃。同时,本土化的研发人才稀缺。”
 
张波表示:“国内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。而从实验室到真正量产产品,不仅仅需要技术工艺的稳定性,还需要几十亿甚至上百亿元资金的投入。”赵振越也认为,薄膜太阳能发电从开发、研发到实现规模化、产业化需要大量的资金支撑。“就目前而言,资金的投入相对不足。”
 
同时,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。国家可再生能源产业技术创新战略联盟理事长张平表示,目前研发大面积高效率组件面临很多技术挑战,如目前钙钛矿太阳能电池面积多为1平方厘米及以下。同时,大面积制备后如何保证其可靠性仍旧是一个难题。
 
此外,核心生产设备仍依赖于国外。张平认为,目前,国内企业主要通过引进收购国外的生产线,核心装备国产化较低。
 
值得一提的是,薄膜太阳能电池大规模产业化的前提是提高光电转换效率。在赵振越看来,与国外在薄膜太阳能电池转换效率上实现23.35%相比,我国薄膜太阳能电池在电池转化率上还存在不小差距。
 
强化技术创新是出路
 
业内专家认为,薄膜太阳能电池虽然具有良好的发展前景,但离规模化应用还有一段距离。因此,应进一步加大技术研发和资金投入,推动薄膜太阳能电池实现产业化。
 
为尽早实现薄膜太阳能电池规模化量产和商业化应用,张平认为,需要进一步推动技术创新,突破核心技术,不断提升电池转换效率、组件稳定性和可靠性研究以及优化生产工艺。今年3月中旬,科技部高技术研究发展中心发布了可再生能源与氢能技术拟立项的2018年度项目清单,其中包括钙钛矿太阳能电池、柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池等研究课题。
 
赵振越认为,提升薄膜太阳能电池的光电转化效率,主要要从两个方面入手:一方面是开发新材料,如掺氮材料、量子点结构等;另一方面是优化器件结构和系统设计,主要包括赝形层结构、机械叠加结结构。
 
同时,要加强院企合作,加速科研成果从实验室走向产业化。张平认为,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。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。
 
原标题:薄膜电池产业化遭遇哪些“拦路虎”?
 
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来源:中国高新技术产业导报
 
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