微信客服
微信公眾號
李廷凱
近日，一組質疑國內某薄膜太陽能企業項目操作手法造假的報道，將本已緊張度日的光伏行業再次點燃。然而技術問題的不清不楚，卻令晶體硅與非晶硅薄膜兩種技術路線間的競賽更加撲朔迷離。
拋開個別企業的操作手法不論，作為以技術和成本立足的戰略性新興產業之一，薄膜太陽能的技術特點和經濟性究竟如何？其發展現狀和未來趨勢又將怎樣？
《中國科學報》記者就此專訪了曾在美國從事多年薄膜太陽能研發的華裔科學家李廷凱博士。他是原夏普美國研究院首席研究員，也是湖南共創光伏科技有限公司首席科學家。
李廷凱認為，業界對該行業的理解普遍存在三大誤區，并表示發展薄膜太陽能不能靠“講故事”，也不能靠炫耀產能，只有在充分理解技術特性的基礎上，憑有競爭力的產品說話才是正道。
高轉化率不等于高發電量
眾所周知，光電轉化率作為太陽能電池的關鍵參數，自然越高越好。然而，當轉化率只相差幾個百分點時，是否意味著轉化率高，發電量就一定高呢？李廷凱對此表示：不一定。
“在標準條件下測定的轉化率高并不代表全年的發電量就一定高。”李廷凱說。事實上，發電量的高低除了與轉化率有關外，還取決于環境因素和可發電的有效時間。
據了解，目前薄膜電池組件的商業轉化率在10%上下，約低于晶硅電池組件5個百分點。然而國外一項實證研究顯示，在多陰云雨天的英國牛津和光照強烈的西班牙東部，同樣功率的電池組件，非晶硅薄膜太陽能電池的全年發電量比多晶硅電池反而多出13%和17%。在國內同類地區的一項研究也獲得了類似結果。
“這主要是受‘弱光效應’和‘溫度系數’的影響。”李廷凱解釋稱，由于采用非晶-微晶硅的疊層結構設計，使硅基薄膜太陽能電池的光譜響應從可見光擴展到了紅外線區域，增大了光譜能量吸收效應。而薄膜電池對弱光的敏感度高，使得其無論在清晨、傍晚，還是陰云雨天等弱光環境下都能發電，因此，每天具有比晶硅電池長得多的發電時間，其實際發電量反而高于后者。另一方面，由于薄膜電池具有比晶硅電池低得多的溫度系數，其轉化率隨溫度升高的衰減遠低于晶硅電池，這使得其在炎熱的夏天或高溫地區，其實際發電量也高于后者。
價格下跌不等于成本下降
近年來，多晶硅電池的主要原材料多晶硅料的價格一路走低，甚至一度跌破國際公認的30美元/公斤的成本線。這究竟是好是壞？市場釋放出的這一信號，究竟預示著產能過剩還是技術進步？答案似乎都不是。
“目前國際上晶硅太陽能電池的成本仍然很高，高于薄膜太陽能電池。”李廷凱認為，國內的晶硅產業之所以出現今天的局面，主要由于行業自身盲目擴張導致的產能過剩，以及遍地開花的同質企業技術落后所致，歐美的“雙反”貿易保護對其只是雪上加霜。
事實上，高純硅作為重要的工業原料，近十余年隨著電子半導體行業的持續繁榮和光伏產業的異軍突起，市場需求一直居高不下。由于新興市場對高純硅純度要求愈來愈高，其價格并未有實質性下降。
據記者了解，國際上對太陽能級高純硅的純度要求已提高到99.9999%，業內稱之為“6N級多晶硅”，軍事級高純硅要求更是高達12N級，相當于每1萬億個原子當中，只允許混有1個雜質原子。然而，相關核心生產技術目前仍掌握在美、日、德等國手中，其生產成本也受其控制。
硅基薄膜太陽能電池雖仍離不開高純硅，但其用量已大大降低。據李廷凱介紹，這種電池的主要原材料是玻璃和硅烷等氣體，高純硅用量僅為普通多晶硅電池的1%。這是因為制備薄膜電池時，只需使用大約1微米厚度的非晶/微晶硅即可吸收太陽光譜，而常規的晶硅電池往往需使用大約200微米的厚實硅晶體。此外，由于薄膜電池采用玻璃、不銹鋼等廉價材料做襯底，進一步降低了生產成本。
太陽能電池沒有“萬靈丹”
雖然光能本身是清潔的，但在吸附、轉化和發電等環節并非都是如此，部分高耗能和高污染環節的存在，使得某些太陽能電池如曇花一現，其生命力并不長久。而應用上的差異性，則注定了絕非憑一種技術便可通吃所有市場。
今年3月，美國能源部直屬的NERL再生能源實驗室根據其對全球各頂級研發機構的權威測定數據，發布了一份最新太陽能電池技術演進圖。在這張從1975年一直延伸至2011年的圖中，多種技術路線競相“爭渡”，此消彼長。
記者從圖中看到，單晶硅的光電轉化率曾一度最高，但在2000年左右其研發卻畫上了休止符，多晶硅技術的研發則維持至2005年左右宣告結束。薄膜電池領域亦然，其中CdTe（鎘—碲）技術由于重金屬鎘的毒性存在，2002年左右其轉化率曲線也已停滯，在日本、歐洲各國市場還曾一度被禁。
30多年來唯一沒有斷開的綠色曲線，便是硅基薄膜和GIGS（銅銦鎵銫）兩種薄膜電池技術。不過在李廷凱看來，GIGS電池由于過分依賴稀有金屬，加之四組元素共晶，且共晶溫度高于500℃，不僅工藝復雜，成本也極為高昂，難以大規模生產應用，應更適合細分市場。而硅基薄膜太陽能電池則因其設備和工藝技術成熟、環境友好、資源消耗及生產成本低等特點，被業界公認為第二代綠色太陽能電池的代表，當前漸熱的光伏建筑一體化正是其大顯身手的最佳舞臺。
在我國，政府對分布式光伏建筑已渴望得太久。今年年初出臺的國家光伏產業“十二五”發展規劃明確提出，要“培育以小型光伏系統、離網應用系統、與建筑相結合的光伏應用系統等為主的多樣化市場”，同時“引導多晶硅等產業向西部地區轉移”。李廷凱認為，這種差異化策略正是基于對多種太陽能電池技術的清醒考量，唯有這樣，我國的光伏產業才能經受住瞬息萬變的國際市場考驗，真正變得“健康”和“強壯”。
拋開個別企業的操作手法不論，作為以技術和成本立足的戰略性新興產業之一，薄膜太陽能的技術特點和經濟性究竟如何？其發展現狀和未來趨勢又將怎樣？
《中國科學報》記者就此專訪了曾在美國從事多年薄膜太陽能研發的華裔科學家李廷凱博士。他是原夏普美國研究院首席研究員，也是湖南共創光伏科技有限公司首席科學家。
李廷凱認為，業界對該行業的理解普遍存在三大誤區，并表示發展薄膜太陽能不能靠“講故事”，也不能靠炫耀產能，只有在充分理解技術特性的基礎上，憑有競爭力的產品說話才是正道。
高轉化率不等于高發電量
眾所周知，光電轉化率作為太陽能電池的關鍵參數，自然越高越好。然而，當轉化率只相差幾個百分點時，是否意味著轉化率高，發電量就一定高呢？李廷凱對此表示：不一定。
“在標準條件下測定的轉化率高并不代表全年的發電量就一定高。”李廷凱說。事實上，發電量的高低除了與轉化率有關外，還取決于環境因素和可發電的有效時間。
據了解，目前薄膜電池組件的商業轉化率在10%上下，約低于晶硅電池組件5個百分點。然而國外一項實證研究顯示，在多陰云雨天的英國牛津和光照強烈的西班牙東部，同樣功率的電池組件，非晶硅薄膜太陽能電池的全年發電量比多晶硅電池反而多出13%和17%。在國內同類地區的一項研究也獲得了類似結果。
“這主要是受‘弱光效應’和‘溫度系數’的影響。”李廷凱解釋稱，由于采用非晶-微晶硅的疊層結構設計，使硅基薄膜太陽能電池的光譜響應從可見光擴展到了紅外線區域，增大了光譜能量吸收效應。而薄膜電池對弱光的敏感度高，使得其無論在清晨、傍晚，還是陰云雨天等弱光環境下都能發電，因此，每天具有比晶硅電池長得多的發電時間，其實際發電量反而高于后者。另一方面，由于薄膜電池具有比晶硅電池低得多的溫度系數，其轉化率隨溫度升高的衰減遠低于晶硅電池，這使得其在炎熱的夏天或高溫地區，其實際發電量也高于后者。
價格下跌不等于成本下降
近年來，多晶硅電池的主要原材料多晶硅料的價格一路走低，甚至一度跌破國際公認的30美元/公斤的成本線。這究竟是好是壞？市場釋放出的這一信號，究竟預示著產能過剩還是技術進步？答案似乎都不是。
“目前國際上晶硅太陽能電池的成本仍然很高，高于薄膜太陽能電池。”李廷凱認為，國內的晶硅產業之所以出現今天的局面，主要由于行業自身盲目擴張導致的產能過剩，以及遍地開花的同質企業技術落后所致，歐美的“雙反”貿易保護對其只是雪上加霜。
事實上，高純硅作為重要的工業原料，近十余年隨著電子半導體行業的持續繁榮和光伏產業的異軍突起，市場需求一直居高不下。由于新興市場對高純硅純度要求愈來愈高，其價格并未有實質性下降。
據記者了解，國際上對太陽能級高純硅的純度要求已提高到99.9999%，業內稱之為“6N級多晶硅”，軍事級高純硅要求更是高達12N級，相當于每1萬億個原子當中，只允許混有1個雜質原子。然而，相關核心生產技術目前仍掌握在美、日、德等國手中，其生產成本也受其控制。
硅基薄膜太陽能電池雖仍離不開高純硅，但其用量已大大降低。據李廷凱介紹，這種電池的主要原材料是玻璃和硅烷等氣體，高純硅用量僅為普通多晶硅電池的1%。這是因為制備薄膜電池時，只需使用大約1微米厚度的非晶/微晶硅即可吸收太陽光譜，而常規的晶硅電池往往需使用大約200微米的厚實硅晶體。此外，由于薄膜電池采用玻璃、不銹鋼等廉價材料做襯底，進一步降低了生產成本。
太陽能電池沒有“萬靈丹”
雖然光能本身是清潔的，但在吸附、轉化和發電等環節并非都是如此，部分高耗能和高污染環節的存在，使得某些太陽能電池如曇花一現，其生命力并不長久。而應用上的差異性，則注定了絕非憑一種技術便可通吃所有市場。
今年3月，美國能源部直屬的NERL再生能源實驗室根據其對全球各頂級研發機構的權威測定數據，發布了一份最新太陽能電池技術演進圖。在這張從1975年一直延伸至2011年的圖中，多種技術路線競相“爭渡”，此消彼長。
記者從圖中看到，單晶硅的光電轉化率曾一度最高，但在2000年左右其研發卻畫上了休止符，多晶硅技術的研發則維持至2005年左右宣告結束。薄膜電池領域亦然，其中CdTe（鎘—碲）技術由于重金屬鎘的毒性存在，2002年左右其轉化率曲線也已停滯，在日本、歐洲各國市場還曾一度被禁。
30多年來唯一沒有斷開的綠色曲線，便是硅基薄膜和GIGS（銅銦鎵銫）兩種薄膜電池技術。不過在李廷凱看來，GIGS電池由于過分依賴稀有金屬，加之四組元素共晶，且共晶溫度高于500℃，不僅工藝復雜，成本也極為高昂，難以大規模生產應用，應更適合細分市場。而硅基薄膜太陽能電池則因其設備和工藝技術成熟、環境友好、資源消耗及生產成本低等特點，被業界公認為第二代綠色太陽能電池的代表，當前漸熱的光伏建筑一體化正是其大顯身手的最佳舞臺。
在我國，政府對分布式光伏建筑已渴望得太久。今年年初出臺的國家光伏產業“十二五”發展規劃明確提出，要“培育以小型光伏系統、離網應用系統、與建筑相結合的光伏應用系統等為主的多樣化市場”，同時“引導多晶硅等產業向西部地區轉移”。李廷凱認為，這種差異化策略正是基于對多種太陽能電池技術的清醒考量，唯有這樣，我國的光伏產業才能經受住瞬息萬變的國際市場考驗，真正變得“健康”和“強壯”。
0 條