“發(fā)電玻璃”被吹上天 到底是一項(xiàng)什么樣的黑科技？對全球能源領(lǐng)域影響幾何

　　一則“影響能源格局的發(fā)電玻璃，讓美國印度急紅了眼，卻在中國成功問世”的消息近日在網(wǎng)絡(luò)上傳播。“發(fā)電玻璃”到底是一項(xiàng)什么樣的“黑科技”？它的成功問世又會對全球能源領(lǐng)域產(chǎn)生多大的影響呢？

　　經(jīng)了解，原來這種“發(fā)電玻璃”又叫碲化鎘太陽能電池，它并不是什么新穎的發(fā)明，也不是真正意義上讓玻璃發(fā)電，而只是在兩塊普通玻璃之間，均勻的涂抹一層4微米厚的碲化鎘光電材料，使原本絕緣的普通玻璃變成了可導(dǎo)電的導(dǎo)體。換句話說，發(fā)電的是薄膜而不是玻璃，這種技術(shù)是薄膜太陽能電池技術(shù)中的一種，在國際上早已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

　　“發(fā)電玻璃”舊聞翻炒

　　而上述新聞實(shí)際上是舊聞，碲化鎘太陽能電池既非剛剛問世，也并非于最近有突破性進(jìn)展。此時(shí)被重新翻炒的原因可能與近期光伏行業(yè)大火、多晶硅價(jià)格暴漲以及全國碳排放權(quán)交易市場啟動有關(guān)。

　　早在2017年11月，網(wǎng)上就有過大量關(guān)于某團(tuán)隊(duì)在此項(xiàng)技術(shù)方面的宣傳。其中不乏“中國又一位‘錢學(xué)森’”等用詞，并稱“發(fā)電玻璃”被譽(yù)為“掛在墻上的油田”。

　　在這些宣傳中，僅用55秒，就能生產(chǎn)一塊全世界最大單體面積的碲化鎘“發(fā)電玻璃”，單片面積1.92平方米、重30公斤、年可發(fā)電260度至270度。此前，國際上最大的單片碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃面積僅為0.72平方米，所以，在單體面積涂抹技術(shù)方面，該團(tuán)隊(duì)獲得了世界性突破。并且，1.92平米發(fā)電玻璃的光電轉(zhuǎn)化效率能高達(dá)17.8%。

　　由此看來，該團(tuán)隊(duì)的突破和貢獻(xiàn)并非在于發(fā)明了碲化鎘太陽能電池技術(shù)，而是在提升了單體面積涂抹技術(shù)，生產(chǎn)出了更大面積的單片碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃。

　　新聞中所稱的17.8%的光電轉(zhuǎn)化效率又處于什么水平呢？

　　據(jù)公開資料顯示，目前實(shí)現(xiàn)碲化鎘產(chǎn)業(yè)化的公司只有少數(shù)幾家。其中，美國的第一太陽能(First Solar)是絕對霸主，占據(jù)幾乎全部碲化鎘組件的出貨量。根據(jù)第一太陽能公布的數(shù)據(jù)，其實(shí)驗(yàn)室碲化鎘太陽能電池的效率紀(jì)錄為22.1%，商業(yè)化組件的平均效率約為18%。由此可見，該團(tuán)隊(duì)在光電轉(zhuǎn)化效率上并未超越第一太陽能。

　　碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃至今產(chǎn)業(yè)化程度較低的一個(gè)重要原因是圍繞其毒性和原料稀缺性的爭議。碲化鎘的兩種原料中，鎘有劇毒，雖然碲化鎘玻璃不會釋放鎘，但依然需要進(jìn)行妥善的回收處理；另一原料碲在全球范圍內(nèi)儲量稀少，用作玻璃發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益不高，并且存在以后發(fā)現(xiàn)更重要的用途時(shí)，碲礦卻已被開采完的風(fēng)險(xiǎn)。

　　在我國也曾有過幾個(gè)碲化鎘項(xiàng)目被叫停。2019年3月，深賽格發(fā)公告稱，公司決定停止建設(shè)深汕特別合作區(qū)碲化鎘薄膜光伏產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目；2019年5月，凱龍股份公告，公司決定終止實(shí)施碲化鎘薄膜太陽能電池組件項(xiàng)目。上述項(xiàng)目都是在2018年國家推行光伏新政，光伏市場大震蕩之后夭折，也反映出碲化鎘薄膜光伏組件成本在當(dāng)時(shí)的市場中難以形成有效競爭力，有較大投資風(fēng)險(xiǎn)，碲化鎘項(xiàng)目污染大，環(huán)評批文較難取得等問題。

　　那么，自稱發(fā)明了碲化鎘發(fā)電玻璃的某團(tuán)隊(duì)在學(xué)術(shù)上有哪些成就呢？記者查詢了國內(nèi)外網(wǎng)站，除了關(guān)于“錢學(xué)森第二”的文章，鮮少能查到其他相關(guān)內(nèi)容。在統(tǒng)計(jì)全世界科學(xué)家論文及被引用次數(shù)最權(quán)威的網(wǎng)站Google Scholar上查不到該團(tuán)隊(duì)，僅在Reserch Gate網(wǎng)站上查到該團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人作為第一作者的科研論文四篇，令人疑惑的是，其所著論文與光伏、碲化鎘沒有任何關(guān)系。

　　衡量一個(gè)科學(xué)家科研水平的最重要的指標(biāo)之一就是他所著科研論文的被引用次數(shù)，而上述四篇論文合計(jì)被引用次數(shù)只有15次。對比其論文中出現(xiàn)的另一個(gè)作者合計(jì)4.3萬次的被引用量，這位第一作者的科研能力成謎。

　　晶硅與薄膜之爭

　　一直以來，晶體硅和薄膜太陽能電池是光伏行業(yè)的兩大技術(shù)陣營，其中晶體硅在過去和現(xiàn)在都主導(dǎo)著全球光伏市場。薄膜太陽能電池又可以分為硅基薄膜太陽能電池、化合物薄膜太陽電池(如碲化鎘、銅銦鎵硒及砷化鎵薄膜電池等)、有機(jī)和染料敏化太陽能電池三類。

　　在各類薄膜光伏電池中，硅基薄膜光伏電池的轉(zhuǎn)換效率最低，銅銦鎵硒薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率最高，但是其發(fā)展受困于生產(chǎn)成本較高、工藝未標(biāo)準(zhǔn)化、銦和鎵的蘊(yùn)藏量有限等問題。

　　而碲化鎘(CdTe)薄膜光伏電池則具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　制造成本低：與其他太陽能電池相比，碲化鎘薄膜電池結(jié)構(gòu)簡單，因此制造成本較低；

　　轉(zhuǎn)換效率高：碲化鎘薄膜太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率約為32%，高于晶硅、砷化鎵等其他類型的太陽能電池；

　　溫度系數(shù)低：溫度系數(shù)比晶體硅太陽能電池低一半左右，所以更適合于高溫、沙漠及潮濕地區(qū)等嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境；

　　弱光效應(yīng)好：無論在清晨、傍晚，還是陰云雨天等弱光環(huán)境下都能發(fā)電，具有比晶硅電池長得多的發(fā)電時(shí)間；

　　環(huán)境友好：與外界的擔(dān)憂相反，雖然鎘元素有劇毒，但碲化鎘是穩(wěn)定的化合物，能被安全使用。碲化鎘被密封在兩塊玻璃之間，常溫下沒有鎘的釋放。即使在1100℃的高溫下，99.96%的碲化鎘都被熔化的兩塊玻璃封住而沒有泄露。而其他幾種太陽能電池及燃煤其他能源也有鎘的排放，碲化鎘玻璃的鎘排放量反而是最低的。

　　因此，相比于其他幾種薄膜太陽能電池，碲化鎘電池得到了較為迅速的發(fā)展，成為僅次于晶體硅的第二種最常見的光伏技術(shù)，目前占世界市場份額的5%。但由于技術(shù)壁壘極高，目前全球范圍內(nèi)有量產(chǎn)能力的碲化鎘電池企業(yè)僅有美國第一太陽能、德國Calyxo及中國的少數(shù)幾個(gè)企業(yè)。其中能夠大規(guī)模生產(chǎn)碲化鎘薄膜光伏組件的企業(yè)只有美國第一太陽能一家，其產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的95%以上。

　　技術(shù)上，盡管碲化鎘電池的理論效率高達(dá)32%，并早在1993年實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)16%，但在隨后的18年里遲遲未能突破，其主要原因是薄膜沉積工藝和界面工程水平較低，導(dǎo)致效率損失居高不下。第一太陽能在2011年實(shí)現(xiàn)了效率突破，但又進(jìn)入了提效的瓶頸期。

　　碲化鎘競爭格局

　　在我國，致力于碲化鎘薄膜電池研發(fā)及生產(chǎn)的企業(yè)包括龍焱能源科技(杭州)有限公司(與賽格股份合資成立賽格龍焱、與凱龍股份合資成立凱龍龍焱、與浙江能源合資成立浙能龍焱)、中建材(成都中建材光電、中國建材凱盛科技集團(tuán)等)、中山瑞科新能源有限公司等。

　　其中，成立于2008年的龍焱能源，其創(chuàng)始人吳選之從事太陽能電池技術(shù)研究近40年，是中國第一條非晶硅薄膜太陽能電池中試生產(chǎn)線項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者，也是時(shí)為國家科委“七五攻關(guān)項(xiàng)目”“206位功臣”之一、第一批享受國務(wù)院專家津貼的科技人員。

　　2011年，龍焱能源建成國內(nèi)第一條具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)和規(guī)模量產(chǎn)能力的全自動化碲化鎘電池生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了碲化鎘薄膜光伏電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的全國產(chǎn)化。

　　2017年9月，成都中建材光電材料有限公司生產(chǎn)出世界第一塊大面積碲化鎘薄膜弱光發(fā)電玻璃；2017年12月，泰州中建材光電碲化鎘薄膜太陽能發(fā)電玻璃項(xiàng)目一期工程開工，首期規(guī)劃兩條年產(chǎn)100MW碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃生產(chǎn)線；2017年12月，中建材凱盛年產(chǎn)300MW碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線項(xiàng)目開工；2019年11月，中建材碲化鎘發(fā)電玻璃項(xiàng)目株洲醴陵開工，總投資100億，將建設(shè)30萬千瓦產(chǎn)能的碲化鎘薄膜太陽能發(fā)電玻璃生產(chǎn)線；2020年1月，雅安中建材300兆瓦碲化鎘發(fā)電玻璃項(xiàng)目開工。

　　成立于2015年的瑞科新能源是碲化鎘電池界的后起之秀，其控股股東為明陽智能。瑞科新能源的碲化鎘組件量產(chǎn)效率接近16%，實(shí)驗(yàn)室效率超過20%，并已研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心真空鍍膜設(shè)備。

　　目前國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃落地應(yīng)用的建筑包括：成都雙流國際機(jī)場、成都川開電氣、張家口市民中心、上海松江機(jī)器人工業(yè)園大樓、山西省政府大樓、成都智慧中心、攀枝花石墨碳工業(yè)園、九寨溝黃龍高原機(jī)場、安徽桐城工業(yè)區(qū)大型廠房等。

　　碲化鎘光伏產(chǎn)品在光伏建筑一體化領(lǐng)域比起晶硅光伏更具優(yōu)勢。但業(yè)內(nèi)專家告訴《國際金融報(bào)》記者，“碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃在光伏電站投資領(lǐng)域，很難撼動晶硅光伏的絕對主導(dǎo)地位。晶硅龐大的產(chǎn)業(yè)鏈已形成規(guī)模優(yōu)勢，更大的產(chǎn)業(yè)規(guī)?？梢匝杆倮彤a(chǎn)品成本。而目前碲化鎘生產(chǎn)線相比規(guī)模偏小，在全球范圍內(nèi)僅有第一太陽能能與晶硅巨頭正面抗衡，較小的規(guī)模較難降低成本?！?/p>

　　不僅在與晶硅太陽能電池的競爭中差距較大，在與同是薄膜太陽能發(fā)電技術(shù)之一的銅銦鎵硒薄膜電池的競爭中，碲化鎘也未占據(jù)太多優(yōu)勢。今年3月，中建材凱盛科技集團(tuán)公告，經(jīng)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)測試證實(shí)，其銅銦鎵硒太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.64%。

　　漢能控股集團(tuán)、中建材凱盛、中國神華在銅銦鎵硒領(lǐng)域也都早有布局。

　　中建材凱盛在江蘇徐州和安徽蚌埠分別投資建設(shè)300兆瓦銅銦鎵硒薄膜太陽能電池生產(chǎn)及設(shè)備制造項(xiàng)目；2017年12月，中國神華與上海電氣合資設(shè)立重慶神華，總投資75億元，分三期實(shí)施建設(shè)銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件項(xiàng)目；漢能集團(tuán)則早在2018年就建成600兆瓦銅銦鎵硒薄膜太陽能電池項(xiàng)目。

　　在光伏產(chǎn)業(yè)的競爭中，想要增強(qiáng)競爭力，擴(kuò)大市場份額，提升電池效率，實(shí)現(xiàn)降本增產(chǎn)是唯一途徑，碲化鎘薄膜與銅銦鎵硒薄膜電池一樣，都還有很長的路要走。

　　轉(zhuǎn)自：國際金融報(bào)

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