產(chǎn)業(yè)突圍要靠光伏高效電池

如海

自2011年以來，光伏產(chǎn)業(yè)迅速滑入低谷。最新發(fā)布的Q2季報數(shù)據(jù)顯示，中國最大的10家光伏企業(yè)債務(wù)累計已高達175億美元，約合1110億元人民幣。整個光伏業(yè)負債率已超過70%，數(shù)字之高已經(jīng)到了觸目驚心的地步。

很多人都喜歡問一個問題，“你認為光伏何時才能復(fù)蘇”，我覺得這個問題的意義不太大，行業(yè)的復(fù)蘇不等于你的復(fù)活。怎樣的企業(yè)才能挺過去這次寒潮呢有技術(shù)實力，而且能將技術(shù)變成生產(chǎn)力的企業(yè)，將最終勝出，迎來光伏的下一個高潮。

有核心技術(shù)，自然能得到資本的青睞，解決資金的短缺。據(jù)計算，太陽能光伏電池轉(zhuǎn)換效率每提高一個百分點，將使太陽能電池組件的發(fā)電成本降低7%左右。目前國際市場的行情是：同樣是P型硅片制造，轉(zhuǎn)換效率高低成為定價的標準。下游客戶使用高效太陽電池做的組件，可以在安裝成本不變的情況下提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電率。高效電池就是光伏的突圍之鑰匙。

太陽能電池發(fā)展的趨勢是低成本發(fā)電，這是光伏技術(shù)的發(fā)展方向。低成本的實現(xiàn)途徑包括光電轉(zhuǎn)化效率提高、成本下降及組件壽命提升三方面。光電轉(zhuǎn)化效率是衡量光伏電池單位面積將光能轉(zhuǎn)化為電能的重要技術(shù)指標。轉(zhuǎn)化效率的提高依賴工藝的改進、材料的改進及電池結(jié)構(gòu)的改進。

目前普通的太陽能電池產(chǎn)業(yè)化水平轉(zhuǎn)換效率：單晶15%～17%、多晶12%～15%，非晶硅薄膜8%～9%。高效電池是指電池產(chǎn)業(yè)化水平轉(zhuǎn)換效率：單晶>18%、多晶>16.5%、非晶硅薄膜>10%。要強調(diào)一點的是產(chǎn)業(yè)化的電池轉(zhuǎn)換效率，是指能夠量產(chǎn)制造的，不是實驗室精雕細刻出來的。實驗室里面有很多電池效率很高，但工藝太復(fù)雜、或者技術(shù)不成熟，只具有研發(fā)意義，無法量產(chǎn)，無法降低生產(chǎn)成本，還不具有商業(yè)推廣價值。

硅太陽能電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池類別。大面積、薄片化、高效率以及高自動化集約生產(chǎn)將是光伏硅電池工業(yè)的發(fā)展趨勢。通過降低電池的硅材料成本，提升光電轉(zhuǎn)換效率與延長其使用壽命來降低單位電池的發(fā)電成本。通過集約化生產(chǎn)節(jié)約人力資源降低單位電池制造成本。通過合理的機制建立優(yōu)秀的技術(shù)團隊、充分保證技術(shù)上的持續(xù)創(chuàng)新是未來光伏企業(yè)發(fā)展的核心競爭力所在。

降低硅片厚度是減少硅材料消耗、降低晶硅太陽電池成本的有效技術(shù)措施，是光伏技術(shù)進步的重要方面。30多年來，太陽電池硅片厚度從上世紀70年代的450～500μm 降低到目前的150～180μm，降低了一半以上，硅材料用量大大減少，對太陽電池成本降低起到了重要作用，是技術(shù)進步促進成本降低的重要范例之一。

在電池制造工藝方面， 人類可以說無所不用其極。通過離子注入技術(shù)提高摻雜的均勻性。利用不足100微米的金剛線，提高切割速度，降低線損和硅片厚度。在電池表面等離子制絨，延長入射光光程，并通過內(nèi)表面反射減少反射損失，提高轉(zhuǎn)換效率。僅靠工藝的改進對電池效率的提升空間已經(jīng)越來越有限，電池效率的進一步提升將依賴新結(jié)構(gòu)、新工藝的建立。具有產(chǎn)業(yè)化前景的新結(jié)構(gòu)電池包括選擇性發(fā)射極電池、異質(zhì)結(jié)電池、背面主柵電池及N型電池等。這些電池結(jié)構(gòu)采用不同的技術(shù)途徑解決了電池的柵線細化、選擇性擴散、表面鈍化等問題，可以將電池產(chǎn)業(yè)化效率提升2～4個百分點。

太陽能電池轉(zhuǎn)換效率受到光吸收、載流子輸運、載流子收集的限制。對于硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率的理論最高值是28%。目前少數(shù)公司量產(chǎn)的單晶硅高效電池的轉(zhuǎn)化效率已達到24%，逼近此理論極限。為了打破這個天花板，科學(xué)家們已經(jīng)把視野跳出硅電池的范疇，尋找轉(zhuǎn)化效率更高的電池材料和結(jié)構(gòu)。硒、碲、非晶硅薄膜、有機材料等紛紛進入電池研究的視野。

在光伏學(xué)界，第三代太陽電池的概念已經(jīng)提出。被譽為“太陽能之父”的新南威爾士大學(xué)馬丁格林（MartinGreen）教授認為第三代太陽電池必須具有如下幾個條件：薄膜化，轉(zhuǎn)換效率高，原料豐富且無毒。目前第三代太陽電池還在進行概念和簡單的試驗研究。已經(jīng)提出的第三代太陽電池主要有疊層太陽電池、多帶隙太陽電池和熱載流子太陽電池等。

通俗的來說，疊層電池是用多個單結(jié)電池吸收不同波段的光能；熱載流子電池在同個基體電池內(nèi)增加“接力點”，使得能量過小本來不能被吸收的光子也可以成功激發(fā)空穴對。而作為具體的實現(xiàn)手段，就需涉及到采用納米多層膜微結(jié)構(gòu)的材料制作，突破常規(guī)光伏電池的基本原理，有望獲得較高的能量轉(zhuǎn)換效率。隨著量子點材料在發(fā)光材料中的成功應(yīng)用，量子點材料光伏電池的研發(fā)也將取得一定成果，它代表著太陽能電池的未來發(fā)展方向。

凡此種種，不一而足。電池的每一個百分點的效率進步無不凝聚著人類探索自然的智慧和勇氣，每一個百分點的成本降低無不彰顯著人類在制造實踐中的巧思和靈感。