李廷凱：發(fā)展薄膜太陽(yáng)能不能靠“講故事”
2012-12-13 13:59:59 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 瀏覽次數(shù)：0
近日，一組質(zhì)疑國(guó)內(nèi)某薄膜太陽(yáng)能企業(yè)項(xiàng)目操作手法造假的報(bào)道，將本已緊張度日的光伏行業(yè)再次點(diǎn)燃。然而技術(shù)問(wèn)題的不清不楚，卻令晶體硅與非晶硅薄膜兩種技術(shù)路線間的競(jìng)賽更加撲朔迷離。
拋開(kāi)個(gè)別企業(yè)的操作手法不論，作為以技術(shù)和成本立足的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，薄膜太陽(yáng)能的技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性究竟如何？其發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)又將怎樣？
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者就此專(zhuān)訪了曾在美國(guó)從事多年薄膜太陽(yáng)能研發(fā)的華裔科學(xué)家李廷凱博士。他是原夏普美國(guó)研究院首席研究員，也是湖南共創(chuàng)光伏科技有限公司首席科學(xué)家。
李廷凱認(rèn)為，業(yè)界對(duì)該行業(yè)的理解普遍存在三大誤區(qū)，并表示發(fā)展薄膜太陽(yáng)能不能靠“講故事”，也不能靠炫耀產(chǎn)能，只有在充分理解技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，憑有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品說(shuō)話(huà)才是正道。
高轉(zhuǎn)化率不等于高發(fā)電量
眾所周知，光電轉(zhuǎn)化率作為太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵參數(shù)，自然越高越好。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)化率只相差幾個(gè)百分點(diǎn)時(shí)，是否意味著轉(zhuǎn)化率高，發(fā)電量就一定高呢？李廷凱對(duì)此表示：不一定。
“在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定的轉(zhuǎn)化率高并不代表全年的發(fā)電量就一定高。”李廷凱說(shuō)。事實(shí)上，發(fā)電量的高低除了與轉(zhuǎn)化率有關(guān)外，還取決于環(huán)境因素和可發(fā)電的有效時(shí)間。
據(jù)了解，目前薄膜電池組件的商業(yè)轉(zhuǎn)化率在10%上下，約低于晶硅電池組件5個(gè)百分點(diǎn)。然而國(guó)外一項(xiàng)實(shí)證研究顯示，在多陰云雨天的英國(guó)牛津和光照強(qiáng)烈的西班牙東部，同樣功率的電池組件，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的全年發(fā)電量比多晶硅電池反而多出13%和17%。在國(guó)內(nèi)同類(lèi)地區(qū)的一項(xiàng)研究也獲得了類(lèi)似結(jié)果。
“這主要是受‘弱光效應(yīng)’和‘溫度系數(shù)’的影響。”李廷凱解釋稱(chēng)，由于采用非晶-微晶硅的疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使硅基薄膜太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)從可見(jiàn)光擴(kuò)展到了紅外線區(qū)域，增大了光譜能量吸收效應(yīng)。而薄膜電池對(duì)弱光的敏感度高，使得其無(wú)論在清晨、傍晚，還是陰云雨天等弱光環(huán)境下都能發(fā)電，因此，每天具有比晶硅電池長(zhǎng)得多的發(fā)電時(shí)間，其實(shí)際發(fā)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(shù)，其轉(zhuǎn)化率隨溫度升高的衰減遠(yuǎn)低于晶硅電池，這使得其在炎熱的夏天或高溫地區(qū)，其實(shí)際發(fā)電量也高于后者。
價(jià)格下跌不等于成本下降
近年來(lái)，多晶硅電池的主要原材料多晶硅料的價(jià)格一路走低，甚至一度跌破國(guó)際公認(rèn)的30美元/公斤的成本線。這究竟是好是壞？市場(chǎng)釋放出的這一信號(hào)，究竟預(yù)示著產(chǎn)能過(guò)剩還是技術(shù)進(jìn)步？答案似乎都不是。
“目前國(guó)際上晶硅太陽(yáng)能電池的成本仍然很高，高于薄膜太陽(yáng)能電池。”李廷凱認(rèn)為，國(guó)內(nèi)的晶硅產(chǎn)業(yè)之所以出現(xiàn)今天的局面，主要由于行業(yè)自身盲目擴(kuò)張導(dǎo)致的產(chǎn)能過(guò)剩，以及遍地開(kāi)花的同質(zhì)企業(yè)技術(shù)落后所致，歐美的“雙反”貿(mào)易保護(hù)對(duì)其只是雪上加霜。
事實(shí)上，高純硅作為重要的工業(yè)原料，近十余年隨著電子半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)繁榮和光伏產(chǎn)業(yè)的異軍突起，市場(chǎng)需求一直居高不下。由于新興市場(chǎng)對(duì)高純硅純度要求愈來(lái)愈高，其價(jià)格并未有實(shí)質(zhì)性下降。
據(jù)記者了解，國(guó)際上對(duì)太陽(yáng)能級(jí)高純硅的純度要求已提高到99.9999%，業(yè)內(nèi)稱(chēng)之為“6N級(jí)多晶硅”，軍事級(jí)高純硅要求更是高達(dá)12N級(jí)，相當(dāng)于每1萬(wàn)億個(gè)原子當(dāng)中，只允許混有1個(gè)雜質(zhì)原子。然而，相關(guān)核心生產(chǎn)技術(shù)目前仍掌握在美、日、德等國(guó)手中，其生產(chǎn)成本也受其控制。
硅基薄膜太陽(yáng)能電池雖仍離不開(kāi)高純硅，但其用量已大大降低。據(jù)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?jī)H為普通多晶硅電池的1%。這是因?yàn)橹苽浔∧る姵貢r(shí)，只需使用大約1微米厚度的非晶/微晶硅即可吸收太陽(yáng)光譜，而常規(guī)的晶硅電池往往需使用大約200微米的厚實(shí)硅晶體。此外，由于薄膜電池采用玻璃、不銹鋼等廉價(jià)材料做襯底，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
太陽(yáng)能電池沒(méi)有“萬(wàn)靈丹”
雖然光能本身是清潔的，但在吸附、轉(zhuǎn)化和發(fā)電等環(huán)節(jié)并非都是如此，部分高耗能和高污染環(huán)節(jié)的存在，使得某些太陽(yáng)能電池如曇花一現(xiàn)，其生命力并不長(zhǎng)久。而應(yīng)用上的差異性，則注定了絕非憑一種技術(shù)便可通吃所有市場(chǎng)。
今年3月，美國(guó)能源部直屬的NERL再生能源實(shí)驗(yàn)室根據(jù)其對(duì)全球各頂級(jí)研發(fā)機(jī)構(gòu)的權(quán)威測(cè)定數(shù)據(jù)，發(fā)布了一份最新太陽(yáng)能電池技術(shù)演進(jìn)圖。在這張從1975年一直延伸至2011年的圖中，多種技術(shù)路線競(jìng)相“爭(zhēng)渡”，此消彼長(zhǎng)。
記者從圖中看到，單晶硅的光電轉(zhuǎn)化率曾一度最高，但在2000年左右其研發(fā)卻畫(huà)上了休止符，多晶硅技術(shù)的研發(fā)則維持至2005年左右宣告結(jié)束。薄膜電池領(lǐng)域亦然，其中CdTe（鎘—碲）技術(shù)由于重金屬鎘的毒性存在，2002年左右其轉(zhuǎn)化率曲線也已停滯，在日本、歐洲各國(guó)市場(chǎng)還曾一度被禁。
30多年來(lái)唯一沒(méi)有斷開(kāi)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(shù)。不過(guò)在李廷凱看來(lái)，GIGS電池由于過(guò)分依賴(lài)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(fù)雜，成本也極為高昂，難以大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，應(yīng)更適合細(xì)分市場(chǎng)。而硅基薄膜太陽(yáng)能電池則因其設(shè)備和工藝技術(shù)成熟、環(huán)境友好、資源消耗及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，被業(yè)界公認(rèn)為第二代綠色太陽(yáng)能電池的代表，當(dāng)前漸熱的光伏建筑一體化正是其大顯身手的最佳舞臺(tái)。
在我國(guó)，政府對(duì)分布式光伏建筑已渴望得太久。今年年初出臺(tái)的國(guó)家光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃明確提出，要“培育以小型光伏系統(tǒng)、離網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)、與建筑相結(jié)合的光伏應(yīng)用系統(tǒng)等為主的多樣化市場(chǎng)”，同時(shí)“引導(dǎo)多晶硅等產(chǎn)業(yè)向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移”。李廷凱認(rèn)為，這種差異化策略正是基于對(duì)多種太陽(yáng)能電池技術(shù)的清醒考量，唯有這樣，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)才能經(jīng)受住瞬息萬(wàn)變的國(guó)際市場(chǎng)考驗(yàn)，真正變得“健康”和“強(qiáng)壯”。