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光伏发电新技术:薄膜发电

发布时间:2015年8月12日

将太阳能直接转换为电能的技术就是光伏发电技术,是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电技术的关键元件是太阳能电池,目前主要应用于光伏发电的电池都是基于半导体技术。其中又可以细分为两种,一种是较为传统较为成熟的晶硅电池,另一种就是新一代的薄膜电池。

如今,全球光伏产业方兴未艾,多种技术路线并行发展。其中,晶硅技术较为成熟,在世界范围内占有较高的市场份额。根据Fraunhofer ISE的光伏发电技术报告调查,2013年光伏电池的市场占比中,晶硅电池占到91%,薄膜电池只占9%。传统的晶硅电池是以高纯的晶硅棒为原料制成太阳能电池,目前运用得非常广泛成熟,其构造和生产工艺已经定型,产品已经广泛应用于空间和地面。薄膜技术则因使电池具备独特的“轻柔薄”优势而获得长足发展,而且它在光电转换效率、成本和稳定性等方面还有极大的上升空间。薄膜技术领域的突破,有望使其成为未来高效太阳能电池发展的热点。

薄膜电池属于非晶硅结构,其与晶硅电池最大的不同在于其厚度,不到1μm,连晶硅电池厚度的1/100都不到,从而大大降低了制造成本。非晶硅结构的太阳能电池又有制造温度很低(-200°C)、易于实现大面积铺展、以及弱光性好等优点,这使其在薄膜电池中占据首要地位。虽然薄膜电池优点众多,其光电转化效率低的缺点也很明显,要转化出等量的电能所需要的薄膜电池面积巨大,因此所需场地很大。此外,薄膜电池还存在稳定性差的劣势,其能量转换效率随着辐照时间的延长而变化,直到数百或数千小时候才能稳定。这两个缺点是薄膜电池广泛应用的最大阻碍。

目前,美国、德国都将薄膜化、柔性化作为太阳能发电的发展方向。薄膜产品的实验室转换率已经可以做到30.8%,而且转化率提高一个百分点,成本可以下降5%-8%。所以,薄膜无论从转化率以及成本方面都在迅速地改良。去年5月份日本产业技术综合研究所宣布,其研发的有机薄膜太阳能电池的光电转换效率提高了一倍多,研究人员表示,通过进一步的研究,有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜电池。由于在转换率上有了大的突破,薄膜太阳能电池或许将进一步蚕食晶硅太阳能电池的市场份额。

除了晶硅发电技薄膜发电技术,国际上还有更为先进的发电技术,可称之为第三代光伏发电技术。其核心是引入了现代光学技术,与此前一二代的半导体技术有本质上的不同。通过采用聚光,将光的强度进行提升从而换取发电效率的提升。目前单晶硅电池的转化率已经达到了25%,而通过聚光可以用一块单晶硅电池片发出“多倍”的电量。但是第三代光伏技术目前离产业化还很远。技术不成熟是一方面,另一方面是目前一二代的光伏发电技术占压倒性主导作用,第三代光伏技术的发展在受重视程度上还有所欠缺。






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