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对话:吴选之——中国薄膜太阳能电池梦之队

来源:中国能源报发布时间:2013-08-14 10:35:01作者:Sunny
意外遇到吴选之

记者:今天和你的对话我是冒了一定风险的,一是我不懂薄膜;二是晶硅与薄膜,薄膜不同路线之间有着激烈的争论,在一般人看来,介绍了这个就好像贬低了那个,这不是本次对话的目的。虽然不懂薄膜,但又对美国第一太阳能公司(简称:第一太阳能)现象欲罢不能,特别是前两天看到一篇《太阳能薄膜公司破产者众》的文章,更是急于知道如何看待薄膜产业。今天意外地认识了你,无论是出自对产业新知识和有追求企业偏爱的原因,还是出自对你研究背景的简单了解和能够感受到的一个学者良知的原因,我知道我遇到了一个知识的金矿。能否充分开发,则是我的领悟力和文字表达能力了。为了自己的研究,为了给别人一个视角,我想挑战一下自己。

首先,我想明确一下我们对话的基础,它可以分为两个层次:一个是站在起码是讨论补充能源未来的基础上;一个只是讨论光伏发电一个技术路线的基础上,我更喜欢在第一个基础上讨论问题。因为不论是还能开发200年还是500年,传统能源总有枯竭的时候。特别是人类对友好型生态环境的日益追求,传统能源难以抹去的先天不足,使得人类无论多难也必须寻找新的能源,并伴随它经过探讨、补充、替代几个阶段。要成为替代能源,必须具备两个前提:能量的来源必须是无限的;获取这种能量的手段必须是无限的。不知道我们能否在这一个基础上聊聊碲化镉薄膜产业产业的未来。

吴选之:我几乎读了你所有的文章,我知道你不懂薄膜技术,但我知道你是一个热爱光伏事业、说话负责任的人。我和你一样也热爱光伏事业, 是光伏战线上的一个老兵。 我从1962年大学毕业后一直从事半导体材料和器件的研究。从1980年起就进入了光伏行业,30多年来(包括在美国国家再生能源实验室从事研究工作20年),我涉及了大多数的光伏技术的研发,包括:单晶硅、多晶硅、非晶硅、HIT、InP空间电池、TPV、CIGS和碲化镉等技术,发表论文100余篇。

在中国光伏行业发展到今天的这个关键时刻,非常高兴接受你的邀请,参加这次对话。我将以事实为依据,用数据来说话。

QQ截图20130814103756

你不知道的碲化镉

记者:在你介绍碲化镉产业之前,我想先介绍一下我的了解和判断。对碲化镉产业,我所以从不见诸文字,第一,晶硅电池占光伏市场的80%以上,据分析还将长期维持这一格局,我的研究重心主要放在了市场这边;第二,一位懂得材料学的朋友告诉我,碲和镉,还有铜、铟、镓、硒等材料属于稀有金属,有些甚至是国家战略储备材料,这不符合我的成为替代能源两大基本要素的条件。而第一太阳能是一个特例,有美国的国家支持;第三,早期薄膜电池具有一定市场空间是相对晶硅电池成本优势的结果。现在晶硅电池成本大幅下降,则薄膜电池从成本到转换率的竞争力都不复存在;第四,学习薄膜技术专业的施正荣都在薄膜产业化上折戟沉沙、不再问津;第五,在我的印象中,除了汉能,中国已经没有人愿意走这条独木桥了。那么多聪明的企业大家都不为所动的事情,我好像更不具备研究的能力和必要。今天遇到了你和龙焱,是一个意外,一个惊喜。

吴选之:你收集的信息是不完整的,所以你的结论是有失偏颇的。今天我只是想介绍一下地面应用的几种薄膜电池技术以及它们的发展概况, 从中你可能会了解到为什么还有人在坚持薄膜电池的研发。

除空间应用的化合物薄膜电池(如GaAs等)之外,最近几年用于地面应用的薄膜电池技术有四种:多晶硅薄膜、非晶硅薄膜、铜铟镓硒(CIGS)多晶薄膜和碲化镉(CdTe)多晶薄膜。

多晶硅薄膜电池(施正荣做的那种电池),这个电池本身逻辑上有矛盾:多晶硅薄膜的吸收系数低,仅仅是其他薄膜的1/100,不适合做薄膜电池;高质量的多晶硅薄膜需要在高温下制备,不能采用廉价的玻璃等作为衬底,成本很难降得下来。全世界进行多晶硅薄膜电池产业化的企业也只有一家,最后也因组件效率做不上去(<10%),成本降不下来而终止。

非晶硅薄膜电池是几个薄膜电池中最早实现产业化的一个技术, 生产技术相对成熟,成本也比较低。但非晶硅电池存在两大弱点:第一是效率低。从材料本身特性而言,非晶不如多晶,多晶不如单晶, 这是客观规律,无人能突破。第二是吸收层材料的本征衰退而造成的组件衰退达15%(多结)-25%(单结)。在光伏发电领域上,非晶硅薄膜电池已经难以具备很强的竞争力。

CIGS具有很好的材料特性,易形成好的背电极和高质量的pn结,而且因其电池结构,较容易做成柔性CIGS组件。CIGS实验室的效率已达20.3%,组件全面积效率已超过16%,欧美日一些公司已经实现了CIGS的产业化。继续提高沉积速率,提高优品率和提高材料的利用率以降低成本仍是产业化需要解决的问题。

碲化镉本身的固有材料特性及其发展的实践,已经证明碲化镉多晶薄膜太阳电池是一种适合于大规模生产的高效廉价太阳电池。实验室小面积电池效率已达19.6%,组件全面积效率已达16.1%。已用于产业化的两种技术:近距离升华(CSS)和气相输运沉积(VTD)特别适用于大规模生产。美国第一太阳能从2002年的0.2MW到2011年的2GW,8年之中生产扩大了1000倍,成为全球最大薄膜组件生产厂。碲化镉具有低的温度系数和优良的弱光响应,比晶硅电池发电能力要高出5-10%。同时碲化镉薄膜组件是环保友好的产品, 美国布鲁克文国家实验室就镉排放的研究结论是:碲化镉电池的镉排放量与天然气相同,低于石油、煤、和其他类的太阳电池。环保规定十分严格的欧盟从2011年开始就对其豁免了RoHS(全称为《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》)的要求,认为碲化镉薄膜电池无论是在生产或是使用上,都是安全可控的。

最近几年,欧美等国重点扶持了CIGS 和碲化镉这两种薄膜太阳能电池技术,并已持续取得重大的突破。这两种薄膜电池的全面积组件效率均已超过16%。这已经超过绝大多数在市场上销售的多晶硅全面积组件效率。同时,其成本还在持续下降。也就是说,当这些技术移植到生产线上成为产品,其光电转换效率与成本必将对晶硅组件形成巨大的挑战。我们有关主管部门应该察觉到这种行业中的技术发展的变化,并作出适时的对策,加强力度,支持薄膜电池技术研发和产业化,提高我国光伏新技术的竞争力。

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