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薄膜电池需破核心装备国产化瓶颈——专访南开大学电子信息与光学工程学院教授孙云
作者:匿名    来源: 来源网络    点击数:56    更新时间:2016-04-29 10:17:47    

 编者按  近日,国家发改委、国家能源局下发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,并同时发布了《能源技术革命重点创新行动路线图》,其中大幅提高铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)电池效率,建立完整自主知识产权生产线被列为太阳能利用路线2030年重要目标,同时在创新行动中还着重强调了要研究碲化镉、铜铟镓硒等高效薄膜电池的产业化关键技术、工艺及设备,掌握铜铟镓硒薄膜电池原材料国产化技术。

  在目前全球太阳能系统仍以晶硅电池为基础的大背景下,怎样突破我国薄膜太阳能产业发展的瓶颈?如何勾勒薄膜太阳能高端装备的产业路径?薄膜太阳能产业何以推动我国太阳能行业发展?带着这些问题,本报记者日前专访了国内铜铟镓硒技术研发领域的先行者——南开大学电子信息与光学工程学院教授孙云。

  产业前景看好

  中国能源报:目前薄膜太阳能电池的主流技术有哪些,发展现状如何?

  孙云:已经能进行商业化生产的薄膜电池目前主要有3种:硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)、碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。

  过去,市场对薄膜太阳能电池技术存在误解,认为其转化率低、有衰退,但这一误解主要缘于硅基薄膜电池。非硅薄膜太阳能技术经过多年发展已突破多项技术难题,成本快速下降,转换效率上升强劲。目前薄膜太阳能主流技术是铜铟镓硒薄膜太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池。 

  从国际上来看,目前上述两种技术的领先企业有美国的First Solar和日本的Solar Frontier,这两家公司的技术都比较成熟,产能均达到吉瓦级。现在铜铟镓硒薄膜太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池的实验室转换效率均超过了主流多晶硅电池的转换效率,组件生产的平均效率也达到了多晶硅组件水平。

  从国内来看,已经有多家企业参与到薄膜太阳能电池产业的投资中来,其中汉能薄膜发电更是通过一系列技术并购,成为领先的薄膜太阳能企业。此外,作为国内首座铜铟镓硒并网光伏电站,北京桑林蓝天自控技术有限公司位于云南石林的1兆瓦光伏项目运转良好。

  但是,目前来看,铜铟镓硒在全国范围的推广应用力度还远不能和采用晶硅电池的电站数相比。

  中国能源报:目前来看,多晶硅电池仍然在太阳能市场上占据主导,同时单晶硅也强势回归,在这种背景下,薄膜太阳能电池的优势体现在哪里?

  孙云:薄膜电池材料消耗少、制备能耗低。在柔性衬底上制备的薄膜电池,具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势。

  提升转化率、降低发电成本是光伏发展的主题。目前晶硅电池转化率的提升空间相对有限,薄膜电池的提升空间还非常大,成本降低空间也很大。大量实验数据表明,铜铟镓硒电站发电能力高于晶硅电站5%-10%,一旦产业化技术成熟,其产量达到吉瓦级,度电成本必定要低于晶硅电池,而且制造过程的能耗和对环境的污染,大大低于晶硅电池。从技术成熟度和生产成本上看,铜铟镓硒薄膜发电产业化有非常好的前景。

  核心技术装备缺乏

  中国能源报:薄膜太阳能电池有其优势,但是国内涉足这一领域的企业仍然为数不多,越来越多的投资还是涌向了晶硅制造业及下游电站应用,这是为什么?

  孙云:尽管薄膜光伏优势明显,应用范围广泛,且不受欧盟“双反”影响,但从整个光伏行业产能来看,薄膜占比目前仍然很低。薄膜电池要想吸引更多的关注度,还是要解决量产化的瓶颈,即核心装备国产化,这一点十分重要,在此基础上提升转换效率、稳定生产工艺、原材料国产化、扩充产能,以此来实现降低成本。

  中国能源报:目前我国铜铟镓硒的自主研发情况如何?薄膜电池高端装备的产业路径怎样实现?

  孙云:我国在薄膜太阳能电池的研发上还有一段路要走。和国外相比,我国在薄膜电池技术方面的自主创新仍显不足。

  技术不断进步才能保持优势。对于起步相对较晚的国内铜铟镓硒产业而言,生产设备和技术瓶颈的制约显而易见。我国发展铜铟镓硒薄膜太阳电池产业需要两条腿走路:一是坚持核心技术自主创新,不能只做装备的搬运工;二是对国外先进生产线进行“引进消化吸收再创新”。

  如果说攻克铜铟镓硒薄膜生产设备是突破产业化最主要的技术瓶颈,那么引进生产线就是在高起点平台上自主创新加快实现产业化的有效途径。我国企业收购国外先进技术及生产线,在消化吸收的基础上突破核心装备国产化瓶颈,从而形成规模经济,这不仅是降低成本,而且是实现高效光伏电池低能耗、低排放生产的有效路径。

  同时需要强调的是,在核心装备和技术研发上,我国应该支持自主品牌企业突破瓶颈,应该建立这个行业的公共平台,而且这一平台不能被某家公司独有,而应该为整个行业所有。

  期待产学研结合推动产业发展

  中国能源报:薄膜太阳能领域的资金支持力度如何?

  孙云:在薄膜太阳能领域,资金的前期投入严重不足,前期的投入往往需要依靠政府。此外,企业还需要注意的是,收购国外的生产线时不能一开始就投入很大规模,如果高价位大规模引进了生产线,当国产化达到一定程度后,成本下降、产品价格下降,企业就会面临过重的债务负担。因此,在引进国外技术时要掌握自己的节拍,同时一定要落地,进行消化吸收,再让技术更加成熟。

  中国能源报:实现薄膜太阳能电池产业化,对于太阳能行业有何作用?在实现产业化的过程中,您有哪些期待?

  孙云:薄膜领域规模扩大、效率提升、成本降低,能使光伏市场产品实现多元化。

在实现产业化的过程中,亟待在技术、资金、人才等关键环节突破瓶颈。国家应该给予薄膜关键技术培育更多支持。在产、学、研结合方面,应当建立合作共享机制,企业需要真正地跟科研机构合作,科研机构也应当为产业界服务,双方的技术力量应该融合在一起,共同攻关。(据中国能源报 成思思)