未來太陽能行業(yè)需要怎樣的創(chuàng)新技術(shù)？

　　目前，全球太陽能電池板的安裝量持續(xù)快速增長，但由于供過于求，造成太陽能面板制造行業(yè)處于低迷狀態(tài)。近日，在美國佛羅里達(dá)州舉行的IEEE光電專家會議上，業(yè)內(nèi)人士對整個太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景仍持樂觀態(tài)度：雖然太陽能市場的創(chuàng)新勢頭有所減弱，但仍有不少研究取得進(jìn)展。

　　自19世紀(jì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了整個世界。時至今日，傳統(tǒng)太陽能電池仍主要使用晶體硅技術(shù)。幾年前，硅太陽能電池板的成本為4美元/瓦。該領(lǐng)域著名的研究學(xué)者、澳大利亞新南威爾士大學(xué)的馬丁-格林教授曾宣稱，硅太陽能電池板的成本永遠(yuǎn)不可能低于1美元/瓦。但是現(xiàn)在再談及此事，他表示：“成本已下降到約50美分/瓦了，而且還有可能降至36美分/瓦。”

　　美國能源部曾計劃，到2020年實現(xiàn)整體太陽能電池板系統(tǒng)安裝成本低于11美分/瓦。這一目標(biāo)不僅僅指太陽能電池板的成本，還涵蓋了公用事業(yè)單位因彌補(bǔ)太陽光的間歇性特征而制造的設(shè)施成本具體成本取決于太陽能發(fā)電入網(wǎng)電量和其他因素。格林教授認(rèn)為，太陽能產(chǎn)業(yè)很有可能提前完成該目標(biāo)。屆時，太陽能的直接成本有望降至6美分/千瓦時，比新建的天然氣發(fā)電廠供能成本還要低。

　　全球硅太陽能電池板產(chǎn)業(yè)一直在尋求削減制造成本和提高電池板輸出功率的方法。上世紀(jì)90年代，格林教授的實驗室研發(fā)出一種轉(zhuǎn)化率創(chuàng)紀(jì)錄的太陽能電池，該紀(jì)錄一直保持至今。為了保持轉(zhuǎn)化率，這種電池不得不使用昂貴的光刻技術(shù)來制造足夠精細(xì)的電線條附著在晶體硅上，以收集太陽能電池產(chǎn)生的電流。隨著技術(shù)的創(chuàng)新，現(xiàn)在科學(xué)家能夠使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制造出精細(xì)的電線條。最新的研究表明，絲網(wǎng)印刷技術(shù)可以制造出寬度僅為30微米的電線，這與格林教授使用的電線寬度相似，但成本要低很多。

　　通過復(fù)合技術(shù)，人們有望使用更加便捷、廉價的方法在生產(chǎn)線上大規(guī)模制造高效率的太陽能電池，轉(zhuǎn)化率也能達(dá)到前人的標(biāo)準(zhǔn)。目前已有公司研發(fā)出了制造太陽能電池前段金屬觸點(diǎn)的技術(shù)，不過后端電子觸點(diǎn)的設(shè)計更加復(fù)雜困難，尚未有任何成果。

　　與此同時，美國國家可再生能源實驗室NREL的研究人員在一種新型玻璃上制造出一款柔性太陽能電池。這種玻璃由美國康寧公司制造，具有超薄和高度彎曲的特性。而該款柔性的薄膜碲化鎘太陽能電池，是目前唯一一款可以在生產(chǎn)規(guī)模上與傳統(tǒng)硅太陽能電池相抗衡的產(chǎn)品。在生產(chǎn)過程中，柔性電池附著在一塊可彎曲的玻璃上，就像打印報紙一樣，可以持續(xù)不斷地采用卷對卷的方式批量制造，這樣就可以通過增加產(chǎn)量來減少成本。

　　中國太陽能電池板制造企業(yè)中電光伏China Sunergy的聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官趙建華博士，曾是格林教授的學(xué)生和研究伙伴。不久前趙建華宣布，中電光伏正在建設(shè)一條用于生產(chǎn)前后兩面都能吸收太陽光的“雙面太陽能”電池的試驗性生產(chǎn)線。這種太陽能電池的設(shè)計理念是，在陽光照射充足的白天，成排而列的太陽能電池板之間的太陽光會反射到電池板背面，如果這些光被吸收利用，那么就可以增加能量的產(chǎn)出。

　　這項技術(shù)特別適用于沙漠地區(qū)，在那里，太陽光的反射能力極強(qiáng)。數(shù)據(jù)顯示，這項研究尤其適用于沙漠地帶，因為此處太陽光的反光能力非常強(qiáng)。單面太陽能電池板可產(chǎn)生340瓦的電力，而雙面電池板產(chǎn)生的電力可高達(dá)400瓦。趙建華預(yù)計，這些電池板每年可多產(chǎn)出10%—20%的能量。

　　不難想象，這些雙面太陽能電池板會像籬笆一樣垂直安裝。太陽能電池板可以一面在上午吸收太陽光，另一面在下午吸收太陽光，使其成為在有限空間內(nèi)也可以使用太陽能發(fā)電的裝置。例如，將它們作為高速公路的隔音屏障。這樣的布置在有沙塵天氣的地區(qū)將更有優(yōu)勢。中東地區(qū)的很多國家似乎是使用這種太陽能電池板的理想之地。因為，這些地區(qū)除了光照強(qiáng)烈的優(yōu)勢外，平凡的沙塵暴會影響太陽能板的功率輸出。垂直安裝的電池板不會積存過多的沙塵，反而有可能讓整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)可行。

　　從長遠(yuǎn)來看，格林教授還是更加青睞那些基于晶體硅的技術(shù)。他希望可以通過讓硅同某種或某幾種其他的半導(dǎo)體結(jié)合，從而極大提高硅太陽能電池板的效率，進(jìn)一步削減制造成本。作為添加物的各種半導(dǎo)體物質(zhì)都應(yīng)具有選擇性吸收太陽光譜中部分光的特性，并將其轉(zhuǎn)化為電能，來彌補(bǔ)硅無法有效吸收全光譜光源的不足。

　　實驗表明，增加一種半導(dǎo)體可以將太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化率從目前的25%提高到40%，再增加另一種半導(dǎo)體就可以使轉(zhuǎn)化率提高到50%。在輸出總量不變的情況下，就可以減少安裝至少一半的太陽能電池板。目前，這種半導(dǎo)體物質(zhì)相結(jié)合的方法面臨的主要挑戰(zhàn)是晶體硅中硅原子的排列結(jié)構(gòu)。

來源： MIT《技術(shù)評論》 　

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