迅速崛起的薄膜太陽(yáng)能電池

    日本夏普電子公司8月5日宣稱，決定在大阪府堺市建設(shè)一座年產(chǎn)能力為1GW的大規(guī)模薄膜硅太陽(yáng)能電池新工廠。該公司稱,太陽(yáng)能電池正在發(fā)生革命性的變化，2013年之前將是薄膜硅和結(jié)晶硅齊頭并進(jìn)，2013年以后薄膜硅將成主流。其依據(jù)是，薄膜太陽(yáng)能電池在技術(shù)開發(fā)上已超越傳統(tǒng)的硅電池，生產(chǎn)成本也迅速跟上市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。另一方面，鑒于資源的短缺，結(jié)晶硅材料的制造和獲取都非常困難。

太陽(yáng)能光伏技術(shù)變革是大勢(shì)所趨 

    太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)展，最早可追溯自1954年由貝爾實(shí)驗(yàn)室所發(fā)明出來的太陽(yáng)能電池，當(dāng)時(shí)研發(fā)的動(dòng)機(jī)是希望能提供偏遠(yuǎn)地區(qū)供電系統(tǒng)的能源，那時(shí)太陽(yáng)能電池的效率只有6%。接著從1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，一直到1969年美國(guó)宇航員登陸月球，太陽(yáng)能光伏電池的應(yīng)用可說是充分發(fā)揮。

    近年來,業(yè)界對(duì)以薄膜取代硅晶制造太陽(yáng)能電池在技術(shù)上已有足夠的把握。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于去年2月已經(jīng)研制出目前世界上太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率最高的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的4倍。此前的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池是把兩層有機(jī)半導(dǎo)體的薄膜接合在一起，其太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)換率約為1%。新型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三層構(gòu)造，這樣就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率。

    可折疊薄膜的太陽(yáng)能電池是一種利用非晶硅結(jié)合PIN光電二極管技術(shù)加工而成的薄膜太陽(yáng)能電池。此系列產(chǎn)品具有柔軟便攜、耐用、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)；可廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、遠(yuǎn)程監(jiān)控/通訊、軍事、野外/室內(nèi)供電等領(lǐng)域。

    有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對(duì)它的實(shí)用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)20%、可投入實(shí)際使用的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。專家認(rèn)為,未來5年內(nèi)薄膜太陽(yáng)能電池將大幅降低成本，屆時(shí)這種薄膜太陽(yáng)能電池將廣泛用于手表、計(jì)算器、窗簾甚至服裝上。

    早在10年前，科學(xué)家就發(fā)明了一種比頭發(fā)還要細(xì)的太陽(yáng)能電池，由于其所使用的半導(dǎo)體原料遠(yuǎn)較一般太陽(yáng)能電池為少，因此可解決太陽(yáng)能電池價(jià)格高昂的問題。后來，研究人員使用稱為CIS的復(fù)合半導(dǎo)體的技術(shù)，將2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太陽(yáng)能電池。它比傳統(tǒng)以矽制成的太陽(yáng)能電池薄100倍，實(shí)際上比頭發(fā)還要薄，它亦較輕和使用較少半導(dǎo)體物料，售價(jià)因此較便宜并可大量生產(chǎn)。

    傳統(tǒng)的矽電池需大量半導(dǎo)體物料，價(jià)格昂貴，因此無法普及，而且由于較笨重，其應(yīng)用范圍受限制。薄膜電池卻只需要將廉價(jià)物料放在諸如塑膠等有彈性的表面上便可，價(jià)錢便宜而且輕便。

    有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對(duì)它的實(shí)用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)20%、可投入實(shí)際使用的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。專家相信,不久的將來，薄膜材料的太陽(yáng)能電池將出現(xiàn)在人們的日常生活中。

商業(yè)性開發(fā)進(jìn)展迅速

    目前，世界上至少有40個(gè)國(guó)家正在開展對(duì)下一代低成本、高效率的薄膜太陽(yáng)能電池實(shí)用化的研究開發(fā)。

    去年10月，日本昭和殼牌石油公司創(chuàng)下了銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的最高世界紀(jì)錄。面積為864平方厘米的轉(zhuǎn)換效率為14.3%，面積為3560平方厘米的轉(zhuǎn)換效率為13.4%。由于該公司已經(jīng)使用該太陽(yáng)能電池制成日本第一個(gè)10千瓦太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，使該太陽(yáng)能電池的實(shí)用化向前邁進(jìn)了一大步。

    銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池可實(shí)現(xiàn)低成本高效率，由于其具有低于目前主流的結(jié)晶系Si太陽(yáng)能電池成本的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，有望作為下一代太陽(yáng)能電池。此外銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)宇宙射線的耐受性比其他電池高，是一種成本低、質(zhì)量輕的宇宙用太陽(yáng)能電池，可作為人造衛(wèi)星的電源等。

    降低生產(chǎn)成本是推廣太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵。德國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)研究所歷經(jīng)10年努力，開發(fā)成功一種新型薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)采用連續(xù)電沉積工藝，制備出在銅箔上形成薄膜太陽(yáng)能電池的帶卷，然后通過特殊的封裝工藝組裝成柔軟的太陽(yáng)能電池組件。目前，這種電池的實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)到9.2%，理論效率高達(dá)30%，并且由于材料消耗少、工藝簡(jiǎn)單，預(yù)期最終成本將低于每瓦0.6歐元。

汽車業(yè)涉足薄膜太陽(yáng)能電池

    日本第三大汽車制造商本田汽車公司去年12月19日宣布，從2007年起開始大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能電池，該公司將在九州島熊本市的轎車工廠內(nèi)再建立一座專門生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的工廠，一旦新工廠年產(chǎn)能達(dá)到預(yù)定的27.5兆瓦，足夠滿足8000戶家庭的日常電能需求，則每年能從太陽(yáng)能電池的銷售中獲得7000萬美元的收入。

    盡管本田公司未公開生產(chǎn)太陽(yáng)能電池所用的材料，但業(yè)內(nèi)權(quán)威人士相信使用的是不含有硅的銅銦硒(CIS)薄膜，這種太陽(yáng)能電池是從20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的多晶薄膜電池。CIS電池以其廉價(jià)、高效、接近于單晶硅太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的空間抗輻射性而成為本世紀(jì)最具有前途的太陽(yáng)能電池之一，是目前國(guó)內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)及行業(yè)專家的研究熱點(diǎn)。與以硅為原料制成的傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池相比，銅銦硒薄膜在生產(chǎn)過程中所消耗的能量?jī)H為后者的一半，而排放的二氧化碳也會(huì)相應(yīng)減少50%。

中國(guó)發(fā)展迅速

    我國(guó)獨(dú)立開發(fā)的“銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池試驗(yàn)平臺(tái)與中試線”項(xiàng)目，已被科技部列為國(guó)家“863”計(jì)劃新立項(xiàng)課題。銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池以玻璃或其他廉價(jià)材料為襯底，金屬化合物薄膜厚度僅3～4微米，其光電轉(zhuǎn)換效率較高，而資源消耗低、環(huán)境污染少。

    目前已在一些關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，并創(chuàng)造了電池光電轉(zhuǎn)換效率高于12%的新紀(jì)錄。該項(xiàng)目計(jì)劃于2006年底完成后，將使我國(guó)化合物薄膜太陽(yáng)能電池這一高新技術(shù)居于國(guó)際先進(jìn)水平，并使該產(chǎn)品成為最具市場(chǎng)前景的薄膜太陽(yáng)能電池之一。