光伏魅影:全球太阳能光伏技术沿革

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太阳能产业出现“淘金热”

回顾太阳能产业的发展历程,在2000年以前可认为是“早期开发”阶段,当时虽有多家厂商投入,但因为技术开发和商业环境还不成熟,仅有少数公司能够维持。而从2000年到2005年间,是“初期获利”阶段,一些公司能够幸存并开始获利。随着能源问题的升温,现在的太阳能产业已经到了“淘金热”阶段,许多企业开始积极投入。

目前,太阳能电池主流产品仍然是晶硅太阳能电池,其研究开发的重点围绕降低能耗、降低每瓦生产成本、提高转换效率等方面,以进一步推进太阳能发电大规模商用的进程。

1.新一代多晶硅工艺技术研究空前活跃

降低成本和能耗除通过传统工艺技术升级外, 还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术,主要有:改良西门子法进一步降低成本;冶金法从金属硅中提取高纯度硅;高纯度SiO2直接制取法;熔融析出法;还原或热分解工艺;无氯工艺技术,Al-Si溶体低温制备太阳能级硅;熔盐电解法等。

2.继续向高效化、薄型化和大面积方向前进

A.转换效率越来越高:14%18%20%;

B . 硅片的面积越来越大: 从103mm×103mm125mm×125mm156mm×156mm(目前主流),未来两年将达到210mm×210mm;

C.硅片越来越薄:300μm270μm210μm180μm。100μm厚度的工艺正在研发。

3.生产设备由半自动化向自动化、智能化过渡

A.提高单机自动化水平,增加批次装片量,提高单机生产效率;

B.生产线设备间自动传送、在线检测,提高整线生产率。

未来5年的主力

为了适应太阳能电池高效率、低成本、大规模生产发展的需要,最有效的办法是不采用晶硅体材料,而直接采用薄膜材料,即开发薄膜太阳能电池。20世纪70年代开始,国际上发展了许多类型的薄膜太阳电池,例如:CuInSe(CIS)、CdTe薄膜和有机薄膜等。

薄膜太阳能电池具有安全、可折叠、方便连接、轻巧、抗热性能好、不易破损等特点。目前规模生产的薄膜非晶硅太阳能电池的转换效率已达8% 左右,CIS 的转换效率已达10%～11%,实验室转换效率超过20%。

目前,世界上至少有40个国家正在开展低成本、大面积、高效率的薄膜太阳能电池的实用化技术研究。随着技术的不断成熟,薄膜太阳能电池必将超过晶硅太阳能电池。

围绕降低生产成本、降低能耗,提高光电转换效率、提高能源再生比例等问题,新型太阳能电池正不断涌现。例如:量子点太阳能电池、量子阱太阳能电池、染料敏化电池、热光伏电池及有机薄膜太阳能电池等。

中国太阳能电池技术仍存发展空间

经过多年的发展,我国在太阳能电池硅材料生产、电池和组件生产、专用设备等方面取得很大进步。多晶硅提炼技术取得很大进步,单位能耗得到降低,晶硅太阳能电池制作技术已经达到国际先进水平。

国产的晶硅太阳能电池及组件生产线关键设备取得很大进步,如8英寸扩散炉、等离子刻蚀机、低温烘干炉、高温烧结炉,清洗机、层压机等相继在国内生产线上替代进口设备得到广泛应用。在973、863等高科技计划的支持下,我国在碲化镉和铜铟硒薄膜电池、敏化太阳能薄膜电池、多晶硅薄膜电池以及应用系统方面取得了很大的科研进展。

我国薄膜电池产业化步伐也在加快。无锡尚德在上海成立薄膜太阳能研发中心,预计2009年产能可达50MW;河北新奥引进全球领先水平的Sunfab薄膜太阳能电池全套自动化生产线;保定天威与设备厂商Oerlikon签订购买薄膜太阳能模块生产线设备合约;南开大学正在福建泉州合作开发非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池产业化技术。

尽管我国太阳能电池技术取得了较大进展,然而与国际先进技术相比,仍有很大差距,主要体现在以下三点:

1.多晶硅提炼技术与先进水平有很大差距

多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等国家中,形成了对我国的技术封锁、市场垄断的局面。目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有:改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80%,短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。与国际先进水平的差距主要体现为能耗高、纯度低、原材料利用率低等。

2.薄膜太阳能电池产业化和应用技术有很大差距

与国外先进技术相比,我们目前存在的主要问题是:对薄膜电池技术研发投入不足,对其发展前景认识不足,缺乏自主技术创新,特别是规模生产技术。与国外相比,产业发展迟缓。目前,国外多家公司已经开始规模生产薄膜太阳能电池,而国内只有尚德、保定天威等少数企业开始产业布局。

3.晶硅电池高端设备和薄膜电池制造设备有很大差距

美国、欧洲、日本等国先进设备的特征为产能高、自动化程度高。同这些设备相比,国内设备的自动化程度不高。高端设备如晶硅电池全自动丝网印刷机和自动测试分捡机等依赖进口。薄膜太阳能电池设备还没有起步。