薄膜電池在逆境中前行 讓太陽照進現(xiàn)實

用一種類似于印刷機的機器，將一種能夠吸收太陽能的液體噴涂在一層薄薄的金屬片上。這種太陽能電池薄膜的成本，只有目前主流的“太陽能電池板”的十分之一，一臺機器每分鐘可以生產(chǎn)出幾百張；而且可以隨時隨地，根據(jù)不同屋頂?shù)木唧w形狀制作和安裝……

這是2007年美國《大眾科學》雜志評選出的年度最佳發(fā)明——太陽能薄膜電池。三年多的時間過去了，薄膜電池發(fā)展雖有起伏，但是也正在不斷進步，逐漸為人們所熟悉。2010年年底，國內(nèi)目前一次性建成投運單位面積最大、容量最大的屋頂薄膜太陽能光伏發(fā)電項目——光大―杜邦太陽能光伏發(fā)電項目在深圳建成啟用。讓太陽照進現(xiàn)實，發(fā)展太陽能正在成為一種趨勢。

薄膜電池是個“大家族”

仰望蒼穹，太陽普照普羅大眾。理論上講，太陽能儲量豐富，只要能夠利用太陽能輻射總量的百分之一，就可以滿足全球的能量消耗。而且太陽能不產(chǎn)生二氧化碳，也不存在其他環(huán)境問題，是典型的綠色能源。

太陽能發(fā)電技術(shù)主要分為聚光發(fā)電技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)。聚光發(fā)電技術(shù)需要通過反光鏡或者透鏡等裝置將太陽光聚集到一點，再進行光能到太陽能的轉(zhuǎn)化；光伏發(fā)電技術(shù)則是直接通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能。

與“聚光”相比，太陽能光伏發(fā)電的最大區(qū)別體現(xiàn)在電池上。光伏發(fā)電的電池一般分為晶硅電池和薄膜電池兩種，不管是晶硅電池還是薄膜電池，都是建立在光電轉(zhuǎn)換效應的基礎之上的，其工作原理大致相同——當太陽光照射到電池上時，電池吸收光能產(chǎn)生光生電子-空穴對，在電池內(nèi)建電場的作用下，光生電子和空穴被分離，空穴漂移到一側(cè)，電子漂移到另外一側(cè)，從而在太陽能電池的兩個電極之間形成電勢差；外電路接通時，產(chǎn)生電流。不過，相對于光電轉(zhuǎn)化率高達16-17%的晶硅電池而言，薄膜電池的轉(zhuǎn)化率較低，目前國內(nèi)生產(chǎn)的電池通常只能達到8%左右，這個數(shù)字看上去雖然很低，但已經(jīng)是它們“極限”了。

專家指出，薄膜太陽能電池雖然“年紀輕輕”，但它卻已經(jīng)有一個“大家族”。目前已經(jīng)進行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的薄膜太陽能電池主要有3種：硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池CIGS和碲化鎘薄膜太陽能電池CdTe。至于像砷化鎵電池，雖然轉(zhuǎn)換效率非常高，但是原料成本昂貴，目前還主要應用于航天領(lǐng)域，比如衛(wèi)星使用的太陽能帆板等。因此，國內(nèi)近年來新發(fā)展的，多為硅基薄膜太陽能電池技術(shù)。

目前，商業(yè)化的三種薄膜太陽能電池技術(shù)中，硅基薄膜技術(shù)是最便于推廣的；碲化鎘技術(shù)中由于鎘是重金屬，所以存在潛在的環(huán)境污染風險；而銅銦鎵硒技術(shù)則由于需要使用的銦、鎵、硒三種元素均為稀有稀土元素，其產(chǎn)量有限，所以就大規(guī)模商業(yè)化角度而言，存在著一定的障礙。硅基薄膜技術(shù)所需的硅材料十分普遍，一般公司都可以拿到技術(shù)和生產(chǎn)線，具有大規(guī)模商業(yè)化的可能。

采訪中記者獲悉，國內(nèi)一些“后發(fā)”省份和企業(yè)為了快速占據(jù)市場，更傾向于薄膜電池技術(shù)。比如，廣東省為了追趕江蘇、江西等光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)達省份，采取跳躍式推進的方法——極力推進薄膜電池的生產(chǎn)和應用。其中，中建材、廣東愛康太陽能科技有限公司等企業(yè)在選擇落戶廣東的同時，還推動成立了中國薄膜太陽能電池標準工作委員會，以期在薄膜太陽能技術(shù)領(lǐng)域能夠擁有更多話語權(quán)。正將觸角伸向新能源領(lǐng)域的正泰集團也非?？春帽∧る姵?，目前已經(jīng)在技術(shù)和產(chǎn)能上提前布局。

薄膜電池Vs晶硅電池

在不少人看來，薄膜電池就是一種革新性的技術(shù)。按照科學家的設想，薄膜電池只是一層像油漆一樣薄的薄膜，造價、運費和安裝費用都大大降低，應該能夠普及到城市的每個角落。但是，在實際應用中，顯然還必須考慮到技術(shù)的成熟度、市場的接受度，以及商業(yè)上的利益，等等。那么，薄膜電池和晶硅電池誰優(yōu)誰劣呢？

薄膜電池在早晚、陰天等弱光條件下，仍可產(chǎn)生電能，因此，在同樣地理和氣象條件下，全年發(fā)電量比晶體硅電池高出10-15%。而晶硅電池在溫度超過50℃之后，轉(zhuǎn)換能力會有明顯衰減。因此，在陽光照射強的地區(qū)，晶體硅電池效果反而差。而薄膜電池在高溫下只有微弱衰減，特別適合用于高溫、荒漠地區(qū)建設電站。

轉(zhuǎn)換效率僅為6%的薄膜電池，其生產(chǎn)用電約1.9度/瓦，能量返回期1.5-2年，即電池發(fā)出的電能超過生產(chǎn)電池所消耗的電能所需要的時間。這是普通晶硅電池無法比擬的。雖然業(yè)界對普通晶硅電池的回收期仍存在爭議，但目前主流的觀點，一般認為回收期在3年左右。從這點看，薄膜電池優(yōu)于晶硅電池應該無可爭議。此外，因為單片面積較大，薄膜電池更加便于安裝。

其實，薄膜電池本來還有一個優(yōu)勢，它可以降低97%的硅原料使用并減少污染。但是，在去年由于金融危機后多晶硅價格一落千丈，原先憑借耗硅量少、生產(chǎn)成本低而尚可與晶硅電池一較短長的薄膜電池行業(yè)，集體陷入困頓。

相比薄膜電池，晶硅電池的技術(shù)更成熟，穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率更高，因此在一些大型光伏發(fā)電項目中，晶硅電池更受歡迎，而且經(jīng)歷了多晶硅價格暴跌之后，考慮到征地、支架等因素，晶硅電池的綜合發(fā)電成本比薄膜電池實際要低不少。而在售價方面，薄膜電池每瓦的成本，單價雖低于晶硅電池，但由于轉(zhuǎn)化率低，綜合成本，還是要高于晶硅電池。

從全球范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的晶硅電池依舊占據(jù)著整個光伏電池市場80%的市場份額。就國內(nèi)而言，2009年，薄膜電池的產(chǎn)量只占到總產(chǎn)量的2%，市場份額應該更低，且關(guān)鍵設備技術(shù)多數(shù)依賴國外。特別是去年8月，中國光伏電池行業(yè)的龍頭——尚德電力做出了停產(chǎn)薄膜太陽能電池生產(chǎn)線，擴產(chǎn)晶硅太陽能電池生產(chǎn)線的選擇。薄膜太陽能電池可說是“屋漏偏遭連日雨”。

以目前的技術(shù)條件和其他因素來看，斷言薄膜電池與晶硅電池誰更有前途都為時尚早。比如，在尚德退出薄膜電池的時候，已在晶硅電池領(lǐng)域建立起垂直一體化產(chǎn)業(yè)鏈的天威保變，公布了配股募資11.81億元投建1條年產(chǎn)46兆瓦薄膜電池生產(chǎn)線的計劃。公司上馬該生產(chǎn)線的原因，是希望可以借此擺脫對價格多變的多晶硅的依賴。

在逆境中前行發(fā)展

記者采訪中了解到，雖然薄膜太陽能電池目前身處逆境，但仍是有不少企業(yè)在努力堅持薄膜電池的研發(fā)和應用。晶硅電池一般僅用于屋頂，而薄膜電池利用玻璃做基板，不僅用于屋頂，還非常適用于建筑物外墻。薄膜電池將自身與建筑材料牢牢的結(jié)合在一起，是建設低碳環(huán)保型建筑物必不可少的材料，潛在的市場需求十分巨大。

以本文開頭提到的杜邦深圳項目為例，該項目采用杜邦太陽能的高性能非晶硅薄膜太陽電池組件，安裝于主廠房約2.3萬平方米的屋頂，總裝機容量為1.3兆瓦，設計壽命超過25年，投運后每年可提供148萬度電力，替代常規(guī)能源542噸標煤，每年可減少1480噸二氧化碳溫室氣體的排放。據(jù)悉，該發(fā)電項目使用的是杜邦太陽能生產(chǎn)的A系列100Wp非晶硅薄膜太陽電池組件，共計13000片，能量回收期少于晶體硅1/2，每千瓦發(fā)電量較晶體硅多10-20%。從整體看，光大―杜邦太陽能光伏發(fā)電項目采用屋頂建筑一體化設計，將光伏系統(tǒng)與原工業(yè)廠房屋頂結(jié)構(gòu)相結(jié)合。

不過，杜邦中國區(qū)總裁蘇孝世表示，公司設在深圳的薄膜電池生產(chǎn)線由于受到市場等多方面影響，目前還沒有產(chǎn)生盈利，但是杜邦仍然會加大在該領(lǐng)域內(nèi)的投資力度，等待投資回報期的到來。中投顧問發(fā)布的《2010-2015年中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預測報告》指出，杜邦設在中國的薄膜電池生產(chǎn)線只有50兆瓦左右的產(chǎn)能，并且剛剛投產(chǎn)，如此產(chǎn)能規(guī)模顯然無法達到規(guī)模效應，所以該業(yè)務的盈利能力較弱。

專家指出，與人口稠密地區(qū)相比，薄膜太陽能電池在人口稀少的欠發(fā)達地區(qū)及荒漠、沙漠地區(qū)，更能發(fā)揮它的成本優(yōu)勢。與晶硅電池相比，相同功率下薄膜電池成本低，發(fā)電量大，但占用的土地面積偏大，因此在土地成本低、光照條件好的地方，比如沙漠地帶建設薄膜光伏電站具有巨大的優(yōu)勢。2010年，全球最大的可再生能源項目Desertec工程取得重大進展。根據(jù)工程計劃，Desertec項目最終在非洲北部地區(qū)產(chǎn)生的電能，可以滿足整個歐洲地區(qū)15%的用電需求。在國內(nèi)，甘肅省的敦煌地區(qū)于2009年建立了國內(nèi)首個大型沙漠光伏發(fā)電站，總裝機10兆瓦，這也預示中國市場開始逐漸成長。

與此同時，隨著越來越多企業(yè)將眼光投向薄膜太陽能電池技術(shù)的改進上，其“后發(fā)優(yōu)勢”正逐漸顯現(xiàn)。不久前，一種生產(chǎn)薄膜電池的關(guān)鍵設備——等離子體增強型化學氣相沉積設備，由一家名為理想能源設備有限公司的上海本地企業(yè)研制成功。這套設備采用了超高頻射頻技術(shù)、強化了生產(chǎn)過程中的真空和溫度控制，從而有效克服了薄膜的低轉(zhuǎn)換效率和較嚴重的光致衰減效應。采訪中記者獲悉，目前該設備的技術(shù)指標已達國際先進水平，且生產(chǎn)成本只有國外同類設備的三分之一。

“該設備的研制成功，意味著國內(nèi)薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本將出現(xiàn)大幅下降，這可以看作是薄膜電池發(fā)展過程中的一個標志性事件。”中投顧問研究院李勝茂表示。

來源：文匯報

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