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第三代太阳能电池技术尚不成熟 规模应用尚需十

  第三代太阳能电池技术还不成熟,规模化应用还需要十年的时间

  根据“中长期可再生能源发展规划”,到2020年,中国将力争使太阳能装机容量达到1.8GW。到2030年,中国的太阳能装机容量将以年均复合增长率超过25%欧洲联合研究中心(JRC)预测,太阳能光伏发电将在21世纪占据世界能源消费的重要席位,并将成为世界能源供应的主体。在这样的背景下,全球光伏发电产业技术发展迅速。随着传统能源价格的提高,太阳能发电新时代正在逐步临近。目前世界级的光伏发电技术到底是什么?与我国的研究水平有什么差距?离大规模生产还有多远?中国光伏产业下一步应该关注什么?“科学时报”记者就这些问题采访了中科院研究员肖伟,李永芳等专家。记者:目前,国外光伏技术研究呈现出何种发展趋势?主要技术方向,研究成果和产业化情况?专家介绍:在世界范围内,太阳能光伏发电已经成为一种新兴产业,而且方兴未艾。光伏产业平均年产值为35%,2008年全球光伏市场达到371亿美元,2008年全球光伏装机容量达到创纪录的5.95GW,硅太阳能电池于1953年问世,商业太阳能电池已经发展了两代,目前工业硅基太阳能电池的能量转换效率最高可达24%砷化镓基半导体达到31%〜32%。以单晶硅为代表的第一代太阳能电池的成本效益比约为3.5美元/瓦,这是昂贵的。但基本科学问题已基本解决。研究集中于材料净化和包装的技术问题。以多晶硅和非晶硅为代表的第二代薄膜太阳能电池,成本为1.5美元/瓦。目前第二代太阳能电池已经进入市场,但在材料,集成度,其他亟待解决的问题。传统的太阳能光伏材料是以硅,砷化镓,碲化镉,硒化铜铟镓等无机半导体材料为基础的,虽然这些材料制成的光伏器件具有较高的光电转换效率,但由于成本高,毒性高,材料来源稀缺等原因,限制了光伏器件在可再生能源领域的大规模应用。有机染料和无机半导体染料敏化纳米晶太阳能电池由于1991年发明,成本低,效率高,引起了人们的广泛关注。目前,其光电转换效率已接近12%,许多企业已开始尝试将其发展商业化,预计染料敏化电池将成为光伏新的增长点。有机高分子太阳能电池是上世纪九十年代发展起来的第三代太阳能电池的新概念,它具有成本低,重量轻,薄,柔性好等特点,非常适合大规模制备和个性化应用,价格0.5美元/ W,很可能会下降到0.2美元/ W以下。目前,小面积聚合物太阳能电池的效率超过6%,器件稳定性超过3000小时。记者:目前中国在这个领域处于什么位置?研究与开发有什么区别?中科院和你们这方面的实验室主要做了哪些研究?结果是什么?专家:在中国,等离子研究所,物理研究所,中国科学院,长春应用化学研究所和北京大学,清华大学,武汉大学,华中理工大学等多所高校正在研究染料敏化,敏化细胞的研究已经取得了一些研究成果,并在一些领域取得了国际上的先进成果。华南理工大学,中国科学院,中国科学院,长春应用化学研究所,吉林大学,浙江大学等单位的聚合物太阳能电池都做了一些世界先进水平的工作。 >有机染料,固体电解质,聚合物有机电子给体和受体材料等光电材料的化学方面的工作,目前化学小面积固态染料敏化电池的效率高达7%,而聚合物电池的小面积效率高达6%,是国际先进水平。记者:作为第三代光伏技术,有机太阳能电池的光电转换效率在实验室达到了6.1%染料敏化太阳能电池的光电转换效率接近12%,即将实现商业化,您如何评价这些发现?这是否标志着第三代光电光伏技术已经成熟?专家:目前第三代太阳能电池技术基本上还处于试验阶段,从实验室到试验阶段,一些国际大公司正在这方面做出努力,比如日立,富士,索尼,太阳能等。技术还不成熟,大规模推广还有很长的路要走。首先是效率问题,以单晶硅为代表的第一代电池效率最高,商品可以达到30%以上,实验室达到42%;第二代商品也普遍在10%以上。以第三代有机电池为例,世界最高水平刚刚达到6.77%,只有少数实验室达到6%以上,实际上可以有超过5%的转换率被认为是世界上“第一梯队“的水平。而我们所说的“效率超过6%”并不是我们通常所看到的电池已经应用了,而只有约0.1平方厘米的“小面积”电池。如果真的投入使用,就必须扩大电池面积,增加阻力等因素,使效率大幅度下降。电池寿命是另一个问题,有机材料的成本比无机电池低得多,但使用寿命相对较短。目前实验室老化测试平均寿命约3000小时,最好不超过10000小时。总的来说,新技术在许多方面的进步是显而易见的,但是真正成熟还为时过早。记者:近年来,全球太阳能发电技术及相关产业继续稳步发展,中国太阳能产业发展更加迅速。但是,国内80%以上的企业依靠进口生产技术,太阳能领域的专利技术仍然较低。面对巨大的行业和市场,中国太阳能在技术方面迫切需要解决哪些问题?专家介绍:目前存在这样的情况,大部分太阳能相关技术都是国外专利,国内大型太阳能能源行业的太阳能电池生产都是出口的95%,但生产技术是进口的,是一个不健康的“两头”状态,本质上是一个国外的加工厂,很大一部分企业的利润已经被采取白白化,这使得我们在市场和技术上更加依赖于他们,因此目前国内太阳能发电技术迫切需要加大自主创新力度,需要自己的核心专利技术,才能做到在国际市场上与其他人商量自费,使太阳能产业健康发展。近年来,国家金融支持工作取得了很大成绩RT。科学研究取得了很多成果。未来的工作应该关注源头创新。在进行基础研究的同时,要更加重视从基础研究向技术发展,从实验室向工业化生产转移。记者:未来随着光伏产业的不断发展,对关键技术和设备的需求和要求越来越高。您能预测光伏发电技术的未来发展方向,前景及其对行业的推动作用吗?专家介绍:未来光伏发电产业在10至20年内发展还是要基于高效率,长寿命的前两代电池,方向是通过编制关键材料和器件集成技术创新进一步削减成本。从长远来看,第三代电池具有成本低,发展潜力大的优点,并可能在10 - 20年后发挥其优势。但目前该技术还不成熟。虽然现在有一些示范模式,但仍有许多基础科学技术问题需要解决。我们不能急于变得焦躁不安,望而却步。在目前的情况下,第三代电池如有机太阳能电池的定位不应该是前两代的“替代”,而应该充分发挥其重量轻,成本低,折迭的特点,在一些硅基电池中难以覆盖开发出个性化的应用,并与其形成“互补”关系。目前,第三代电池的研发在基础研究方面目前处于世界前列。特别是在关键材料方面拥有自己的核心技术,在未来的发展中取得了有利的地位。大力发展相关核心技术对我国太阳能产业具有重要的战略意义。既可以促进我国太阳能产业的全面发展,又可以作为国际技术交流的筹码,增加国际竞争的主动性。点击

  效率是第三代太阳能电池的致命问题。如何提高效率是世界上最大的太阳能电池科学家面临的问题。

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