不管是何種太陽能電池的研發(fā)與創(chuàng)新，提高太陽能電池轉換效率、降低太陽能光伏電池生產成本是所有電池生產企業(yè)及研發(fā)機構關注的核心問題。
近日，太陽能光伏電池行業(yè)傳來不少新型電池成功研發(fā)的喜訊，既有工藝技術上的變革、也有制造材料上的創(chuàng)新。真可謂是百花齊放、百舸爭流。下面給大家總結一些2011年最新的太陽能光伏電池研發(fā)成果，讓感興趣的朋友們能更深入的了解到現(xiàn)今的太陽能光伏電池技術的發(fā)展。
1.噴墨打印技術降低銅銦鎵硒太陽能光伏電池
傳統(tǒng)的太陽能光伏電池生產技術通常非常耗時，并且需要使用昂貴的真空系統(tǒng)和有毒的化學物質。使用氣象沉積沉淀化合物，如銅銦鎵硒(CIGS)，會損失大量昂貴的材料。俄勒岡州立大學的工程師首次研發(fā)出一種通過噴墨打印技術制造銅銦鎵硒太陽能光伏電池的方法。這個方法可以減少90%原材料損耗，大幅降低了使用昂貴化合物生產太陽能光伏電池的成本。
研究者發(fā)明了一種墨，能夠將黃銅礦打印在基片上，打印出的成品能量轉化效率為5%。雖然，這個轉化效率還無法滿足商用，但研究者表示他們在接下來的研究中有望將轉換率提高到12%。
工程師們正在研究其他更為便宜、可用于噴墨技術的化合物。他們稱，如果這些材料能夠降低足夠的成本，直接在屋面材料上安裝太陽能電池將成為可能。
2.單晶多晶混合太陽能光伏電池
中國太陽能電池生產商尚德電力(SuntechPower)研發(fā)出新型混合太陽能光伏電池，可以有效降低太陽能光伏發(fā)電成本10%到20%。這種電池由70%的單晶硅和30%的多晶硅構成。單晶多晶混合硅片的造價成本只是傳統(tǒng)單晶硅硅片的一半。由于硅片只占太陽能總體成本的一部分，所以從整體上來看，有助于降低太陽能發(fā)電成本10%-20%。
尚德電力首席技術官StuartWenham表示，將很快實現(xiàn)該產品的規(guī)模化生產。
3.全光譜太陽能光伏電池
近日報道，加拿大科學家表示，他們研發(fā)出了一款新式的全光譜太陽能光伏電池，其不但可以吸收太陽發(fā)出的可見光，也可以吸收不可見光，從理論上講，轉化效率可高達42%，超過現(xiàn)有普通太陽能光伏電池31%的理論轉化率。研究發(fā)表在最新一期的《自然·光子學》雜志上。
此款基于膠體量子點(CQD)的高效串接太陽能光伏電池由加拿大首席納米技術科學家、多倫多大學電子與計算機工程系教授泰德·薩金特領導的科研團隊研制而成。論文主要作者王希華(音譯)表示，該太陽能光伏電池由兩個吸光層組成：一層被調制用于捕捉太陽發(fā)出的可見光;而另外一層則可以捕捉太陽發(fā)出的不可見光。
薩金特希望，在5年內，將這款新的分級重組層太陽能光伏電池整合入建筑材料、手機和汽車零件中。
4.量子阱太陽能光伏電池
在西雅圖舉行的第37屆IEEE光伏專家會議上，MagnoliaSolar的首席技術官RogerE.Welser博士做了有關InGaAs量子阱太陽能光伏電池的報告，MagnoliaSolar刷新了該類太陽能光伏電池的電壓記錄。
“通過把窄帶隙量子阱嵌入寬帶隙材料中，量子阱結構太陽能光伏電池吸收光譜更寬，同時吸收高能光子的能量損失更小。”MagnoliaSolar的董事長兼首席執(zhí)行官AshokK.Sood博士表示，”單結量子阱太陽能光伏電池在非聚光條件下的理論轉化效率高達45%。”
5.可撓式非晶硅太陽能光伏電池
日本媒體近日報導，TDK已研發(fā)出一款可撓式太陽能電池，藉由光學設計的改良，該款太陽能光伏電池在屋外陽光下的轉換率已自現(xiàn)行的4.5%提升至7%的水準，TDK并計畫于今(2011)年夏天透過甲府工廠量產該款太陽能光伏電池。據(jù)報導，該款太陽能電池為采用薄膜基板的非晶硅(amorphoussilicon)太陽能光伏電池。
報導指出，目前TDK的太陽能光伏電池產品主要應用于手表上，惟隨著上述新產品進行量產，TDK今后也計畫積極搶攻需求日益擴大的智慧卡及采用電子紙的電子書閱讀器市場。
6.三菱化學窗簾衣物制作太陽能電池
在有望成為”新一代太陽能電池”的”有機薄膜太陽能電池”領域，實現(xiàn)了世界最高的9.2%能源轉換效率。三菱化學的有機薄膜太陽能光伏電池的特點是，可利用印刷技術進行高效生產。不久的將來，也許房間的壁紙、窗簾、汽車車身以及衣服等都能實現(xiàn)太陽能發(fā)電。
有機類太陽能電池物如其名，是以碳等有機物為材料的太陽能光伏電池。目前大致可分為”色素增感型太陽能光伏電池”和”有機薄膜太陽能電池”兩種。三菱化學研究開發(fā)的是后者。有機薄膜太陽能光伏電池采用易于采購的原料，與以往的結晶硅太陽能光伏電池相比，可大幅降低生產成本。另外，還具備薄型、輕量、可彎曲等特點，應用范圍廣泛，能夠加工成多種形狀。
此前有機類太陽能光伏電池存在的課題是，能源轉換效率只有5%左右，產品壽命短。因此，為進一步提高能源轉換效率和產品壽命，眾多企業(yè)和研究機構展開了激烈競爭。在這種情況下，三菱化學發(fā)布了”能源轉換效率達到9.2%”的試制品。
7.廈大研發(fā)新型太陽能光伏電池
廈門大學物理與機電工程學院康俊勇教授課題組日前成功研發(fā)出以氧化鋅和硒化鋅兩種寬帶隙半導體為材料的太陽能光伏電池，從而大大穩(wěn)定其性能并延長使用時間。據(jù)悉，這是國際上首次實現(xiàn)了寬帶隙半導體在太陽能光伏電池中的應用。
近期，英國皇家化學學會的《材料化學》雜志發(fā)表了這一成果，在國際上引起廣泛關注。美國《科技日報》等十多個科技網站對該項成果進行了報道和轉載。
據(jù)介紹，所謂寬帶隙半導體，一般是指室溫下帶隙大于2.0電子伏特的半導體材料。從物理學上來講，帶隙越寬，其物理化學性質就越穩(wěn)定，抗輻射性能越好，使用時間也越長。但與此同時，帶隙寬卻存在對太陽光的吸收較少，光電轉換效率低的缺陷。受制于這種”致命缺陷”，寬帶隙半導體材料以往在太陽能電池中不用作發(fā)電的關鍵結構，而僅用作電極。
8.柔性太陽能電池
2011年6月9日物理學家組織網站報道，杜邦卡普頓(DuPontKapton)無色聚酰亞胺薄膜(polyimidefilm)是一種新材料，目前正在開發(fā)，作為柔性基質，用于碲化鎘(CdTe：cadmiumtelluride)薄膜光伏(PV)模塊，現(xiàn)在，能源轉換效率上已經創(chuàng)造了新的世界紀錄。瑞士聯(lián)邦材料科學與技術實驗室有一個小組，已展示了13.8%的轉換效率，他們使用了這種新的無色薄膜，刷新了他們過去12.6%的紀錄，并接近使用玻璃的紀錄。
卡普頓聚酰亞胺薄膜薄了100倍，輕了200倍，這是對比通常使用的光伏玻璃而言，因此，就有一種先天的優(yōu)勢，可以過渡到基于柔性薄膜而不是剛性玻璃的碲化鎘系統(tǒng)。高速而低成本的卷到卷沉積技術(roll-to-rolldepositiontechnologies)可用于高通量(high-throughput)制造柔性太陽能電池，采用聚合物薄膜(polymerfilm)作為基板就可以。新的聚酰亞胺薄膜意義重大，潛在地說，可帶來更輕更薄的柔性光伏組件，更容易處理，成本更低就可以安裝，這使它可以理想地做一些應用，包括建筑一體化光伏應用。
9.索尼染料敏化太陽能光伏電池
在”2011年中日綠色博覽會”上，眾多的日本企業(yè)全面展出了環(huán)保科技、環(huán)保產品和環(huán)境管理方面的先進實踐。作為全球首家提出環(huán)境”零負荷”目標的跨國公司，索尼在染料敏化太陽能光伏電池等新材料、新能源、節(jié)能、凈化等領域的諸多尖端環(huán)境技術，成為此次展示的一大看點。
染料敏化太陽能光伏電池的主要材料采用染料分子而不是硅，通過染料分子吸收光能轉換為電能。生產上可以采用涂布印刷等簡單工藝，對環(huán)境影響輕微。很容易實現(xiàn)顏色變化和多樣的設計。索尼公司研發(fā)的染料敏化太陽能光伏電池模組試驗機的光電轉換效率是世界最高水平(經驗證達到9.9%)。
10.深港合作研發(fā)新一代太陽能光伏電池
香港中文大學與中國科學院深圳先進技術研究院合作，前不久成功研發(fā)出光電轉換效率達17%的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能光伏電池，領先全國，比肩世界頂級水平。
CIGS電池以價格低廉的玻璃、塑膠、金屬箔片作為基底，再鍍上1/200毫米的多層薄膜材料組成可在陰天及散射光下發(fā)電，適用于高樓林立的城市環(huán)境，比傳統(tǒng)的晶體硅太陽能光伏電池薄98%，成本降低一半，被稱為”下一代非常有前途的新型薄膜太陽能光伏電池”。
此次深港合作研制的CIGS電池，纖薄易攜，性能穩(wěn)定，既適用于給屋宇樓頂及建筑外墻發(fā)電，也可植入手袋及背包等個人物品實時為電子產品充電，還可用作航天及軍用電子設備電源。據(jù)專家介紹，如果在屋頂上鋪10平方米CIGS電池每日可供5至6度電，足夠提供4人家庭一日之用。如果是面積為10cm×10cm的CIGS電池，在陽光充足的條件下，為一部手機充滿電只需2至3小時，價格預計為30港元。而且CIGS電池耐用度可達20年，保養(yǎng)簡單，只需偶爾抹拭電池表面便可。
11.日歐共同開發(fā)集光型太陽能光伏電池
日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構(NEDO)宣布，日本和歐盟(EU)將攜手開發(fā)單元轉換效率達到45%以上的集光型太陽能光伏電池。日本和歐盟6個國家的產學官研究機構將參加此次開發(fā)。研發(fā)期間是截至2014年的約4年時間，預算規(guī)模預計為日方出資6億5000萬日元，EU出資500萬歐元(約合6億日元)左右。
日本方面，豐田工業(yè)大學教授山口真史為研發(fā)負責人，夏普、大同特殊鋼、東京大學以及產業(yè)技術綜合研究所等參與開發(fā)。EU方面，西班牙馬德里理工大學(TechnicalUniversityofMadrid)的AntonioLuque為研發(fā)負責人，德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(FraunhoferInstituteforSolarEnergySystems)、英國倫敦帝國學院(ImperialCollegeLondon)、意大利國家新技術能源和可持續(xù)經濟發(fā)展局(ItalianNationalAgencyforNewTechnologies，EnergyandSustainableEconomicDevelopment)、西班牙BSQSolar，SL.、德國PSEAG以及法國FrenchNationalInstituteforSolarEnergy參與開發(fā)。旨在實現(xiàn)45%以上單元轉換效率的具體研發(fā)項目包括：新材料和新構造的開發(fā)、單元和模塊的開發(fā)及評測、集光型太陽能光伏電池測量技術相關的標準化活動等。
12.石墨烯制備新型高效太陽能光伏電池
石墨烯的電子遷移率是硅的100倍，具有卓越的強度和透明度，97.7%的光可被傳輸，是一種理想的電極材料。
極高的電子遷移率使石墨烯具有理想的條件，電子穿過石墨烯時，大約有100倍的遷移率，這是對比硅而言，石墨烯還具有卓越的強度，而且事實上，它幾乎是透明的(2.3%的光可被吸收;97.7%的光可被傳輸)，這些都使它成為理想的候選材料，可用于光伏領域，超薄透明石墨烯膜就可替代金屬氧化物電極。因此，它可能是一種很前途的替代材料，可替代銦錫氧化物(ITO：indiumtinoxide)，銦錫氧化物是目前標準的透明電極材料，石墨烯用作電極，可用于液晶顯示器，太陽能光伏電池，iPad和智能手機使用的觸摸屏，以及有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器，這種顯示器用于電視和計算機。
通過以上的太陽能光伏電池技術發(fā)展可知，不管是何種太陽能電池的研發(fā)與創(chuàng)新，提高太陽能電池轉換效率、降低太陽能光伏電池生產成本是所有電池生產企業(yè)及研發(fā)機構關注的核心問題。我相信隨著技術的不斷進步、電池生產規(guī)模的逐漸擴大，必會促使太陽能光伏電池的生產成本進一步降低。那么未來終將使得光伏組件價格持續(xù)下降，平價上網也將有望早日實現(xiàn)。
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