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新能源“薄膜太阳能电池”的发展潜力分析

2020-11-11 11:51:19

 [摘要]“十三五期间,薄膜发电产业在促进方法转型、结构调整和可持续发展中发挥了十分重要的作用。薄膜太阳能电池已成为全球光伏领域研究重点项目之一,但由于薄膜太阳能是新兴能源,关于其性能及发展前景的研究相对较少。主要依据大数据的原理和市场调研相关结果研究新能源薄膜太阳能电池的发展前景,综合分析国内外薄膜太阳能电池领域的研究现状,经研究发现其在军事、建筑、织染、航空等领域具有良好的发展前景,因此薄膜太阳能电池在生产化方面具有极大的可行性。

[关键词]新能源;薄膜电池;太阳能;发展潜力;应用领域

全球环境污染成为日益严重的社会问题,到2030年,全球电力需求将翻番,在现今科学研究中,新能源——太阳能这一用之不竭的清洁型能源的地位愈加重要。但是传统太阳能电池转化效率较低,薄膜太阳能电池转化效率较高。因此,合理利用太阳能源并广泛应用薄膜电池将是人类解决能源问题的可持续发展战略。美国硅谷最先开发出超薄型太阳能电池,加利福尼亚区成功建立了17.1千万硅薄膜太阳电池方阵系统。欧盟太阳能技术平台也制定了薄膜太阳能电池技术的总体规划,针对CIGS型薄膜光伏技术推出Sharc25相关研究项目,目的是将CIGS型薄膜太阳能电池的转换效率提升至25%以上。目前全球有五家公司已经开启薄膜太阳能电池的商业化生产,分别是德国的WurthSolarSulfurcell,美国的GlobalSolar、日本本田、日本昭和壳牌。国外对于薄膜太阳能电池的研究与开发相对较早,关于薄膜太阳能电池的技术也日臻成熟,但薄膜太阳能电池的生产利弊共存,商品大规模产业化仍是各国需要面临的问题。我国对于研究开发薄膜太阳能给予了高度重视。2011年,我国薄膜太阳能模块总产量超出世界总产量的50%,成为世界第三大的太阳能市场。天津已经建成了一条非晶硅薄膜太阳能电池的生产线。南开大学自主研发的薄膜太阳能电池的光电转化效率高达14%,达到世界的先进水平。我国的很多太阳能企业进军了最有产业前景的CIGS薄膜太阳能电池领域,并利用自己的知识产权,建立薄膜太阳能电池产业链。其中值得注意的是,汉能通过三种形式的全球技术进行收购合并、独立创新、引进技术或与外国设备公司合作,加快了CIGS薄膜电池的产业化速度,成为了全球最大的薄膜太阳能公司。薄膜太阳能电池的应用已成为绿色科技发展的必然趋势,但是关于薄膜太阳能电池怎样用、用于什么、发展前景如何前人并未给出明确方案,如何合理、高效地利用薄膜太阳能,达到一个良好的资源配置是亟待解决的问题。本文从研究理由、研究内容、项目实施、存在问题、发展前景等角度分析太阳能薄膜电池的情况。

1薄膜太阳能电池的研究理由

一是具有轻量化、可弯曲、适用于多种外观设计等优点,应用领域多元化,是当前具有巨大发展潜力的光伏技术;二是种类繁多,具有不同的性质与应用价值,可做到生产的灵活组合;三是电池损耗较小、光电效率高、累积发电量较高;四是几乎不需要硅原料且不存在内部短路问题;五是促进生产就业,对产业结构化升级具有重要战略意义;六是减少使用化石能源,具有环保价值。

2研究内容调查

薄膜太阳能电池的种类以及在各区域市场的产量、转化效率,筛选出最具有发展潜力的种类,研究其生产原料、基本性能,通过大数据分析薄膜太阳能电池相应种类的发展前景,并对其发展前景进行展望。2.1项目实施前期调查和项目规划:通过查阅资料,我们了解到太阳能电池分为传统硅晶型和薄膜型,薄膜型占6%,有很大的发展空间,进一步调查各类太阳能薄膜电池市场产量所占比例,如表1。运用大数据原理分析我国薄膜太阳能电池近几年产量,如图1。由数据可知,2008年,我国光伏产业生产步入正轨,众多光伏企业发展商品产业化,以至于在2011年出现薄膜太阳能热,薄膜太阳能电池产业化到达生产的高峰期,但由于薄膜太阳能电池的应用领域在当时并不明晰,销售领域并不广泛,薄膜太阳能电池产量一再波动,行情被市场需要所牵制,这也进一步说明薄膜太阳能电池的发展前景广阔,市场需要远大于产能。进行项目成员分工,利用图书和网上资源,对主要输出产量的a-SiCdTe做出电池效率演进折线图。得知薄膜太阳能电池中发展潜力最大的是碲化铬(CdTe)型薄膜太阳能电池。它的产量和转化率位居第二,较于其他薄膜太阳能电池性能稳定,生产成本较低,应用领域广,耐高温,在薄膜制程上易控制,可应用多种快速成膜技术,模组化生产容易,因此可用于大面积建材,可实现产品商业化。2.2存在问题地球上Te储量有限;CdTe薄膜太阳能电池含有重金属元素镉,污染环境;CdS生产反应的过程中,胶片表面胶体粘贴现象降低了胶片的质量;部分薄膜太阳能电池存在不稳定性,主要体现在能量转换效率随照射时间变化而发生变化,通常来说,时间越长适应性越强,直到数百或数千小时后趋于稳定,这个问题在某种程度上影响了这种低成本薄膜太阳能电池的应用;相同的输出电量所需太阳能电池面积增加,与传统晶体硅电池相比,每瓦特的电池面积增加了一倍,适用于安装空间和照明面积有限的情况。2.3发展前景薄膜太阳能的未来前景值得期待,它将以其对比于晶体硅薄膜电池的独特优势被广泛应于人类日常生活中。军事:薄膜太阳能电池小巧便携,因此能量可以随处可得,为野外训练带来了便利;随身可折叠式充电电源,制作登山服时加入薄膜电池元素随时取暖。建筑:适合光伏建筑集成,有较佳的隔热效果,可大面积应用于建筑屋顶,外墙、帐篷等,如CISCIGs型。[1]机械生产:薄膜太阳能电池无需消耗过多的燃料,没有机械转动部件的操作,具有出现故障的概率低,维护起来十分方便的特点。技术:技术上的突破可以转化为商业上的成功,薄膜太阳能电池的领军者汉能相继推出汉瓦、汉墙、汉路、汉车等产品,为波音、软银的高空长航时无人机提供电池芯片;与奥迪合作,研发太阳能全景车顶,如多接面砷化镓型。[2]航空:可吸收光谱范围广,性质稳定,是用于航空的极佳材料,但价格昂贵,不适宜成为商业主流,如砷化镓型。染料敏化染料:材料成本便宜,又可运用印刷技术大量制作,基板材料更多元化,但不易运输,目前以实验室产品为主,如染料敏化电池。

3结语

未来传统能源会被薄膜太阳能所替代。CdTe型薄膜太阳能电池以其稳定且多元化的性能,低廉的成本,将成为薄膜太阳能电池发展的主流趋势,庞大的市场空间充满着各样诱惑力,各类薄膜太阳能将成为光伏型太阳能市场的核心动力。

【参考文献】

[1] 庄大明,张弓.我国发展CIGS太阳能薄膜电池的可行性[J].中国科技成果,2005(004)24-25

[2] 彭敦云,宋连科,朱久凯,等.太阳能薄膜电池的研究现状及发展前景[J].激光杂志,2013(04)3-4

[3] 江兴.德国太阳能薄膜电池研究取得重要进展[J].半导体信息,2010(005)38-39

[4]肖旭东,刘壮.薄膜太阳能电池[M].北京:科学出版社,2014

本文摘自科技经济导刊杂志。

新能源“薄膜太阳能电池”的发展潜力分析

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