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南开大学孙云:薄膜太阳电池的发展及挑战

导读: 其中硅基薄膜由于转换效率太低已经被淘汰;碲化镉薄膜电池实验室效率纪录达到22.1%,产线组件效率达到15%-17%,效率高而且不衰退,但是缺点是需要使用重金属材料。

作为下一代光伏发电技术,薄膜光伏产业越来越为行业人士所重视。在前日举办的OFweek 2018(第九届)中国太阳能光伏高峰论坛上,南开大学的孙云教授展开了主题为《薄膜太阳电池发展及挑战》的高水平演讲。他在演讲中将硅基薄膜、碲化镉、铜铟镓硒三种薄膜太阳电池与晶硅电池进行了比较。

南开大学孙云:薄膜太阳电池的发展及挑战

南开大学教授孙云

其中硅基薄膜由于转换效率太低已经被淘汰;碲化镉薄膜电池实验室效率纪录达到22.1%,产线组件效率达到15%-17%,效率高而且不衰退,但是缺点是需要使用重金属材料;铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池实验室效率纪录达到22.9%,产线组件平均效率达到14%-16%,优点是效率高且不衰退,缺点是对设备工艺要求较高。

南开大学孙云:薄膜太阳电池的发展及挑战

CIGS太阳能电池超强的发电能力

孙云教授认为,CIGS太阳能电池具备更好的发展前景。在澳大利亚沙漠太阳能研究中心DKASC测试 中,CIGS电池年发电量高于晶硅电池10% 。同样的情况出现在了云南石林建设的一座电站上,该电站容量1MW,采用CIGS电池组件,经测算,与之前在园区建设的晶硅组件相比,其发电量高出10%。

为什么CIGS薄膜电池能够多发电呢?孙云教授分析认为,首先CIGS比晶体硅及CdTe电池有更宽的光谱响应;其次CIGS弱光下有更高的发电效率;另外在高温、遮阴环境下,CIGS具备更稳定的发电性能。

薄膜太阳电池的挑战

为突破晶硅垄断的光伏市场,孙云教授认为薄膜电池需要将产品趋向于多元化,削弱晶硅产品同质化。不同光伏电池产品具有不同的性能优势,各有其市场与消费群体定位,其性价比往往没有可比性,产品多元化是降低同质产品恶性竞争有效战略。

在应用多样性方面,薄膜电池可以偏向于分布式电站、BIPV、光伏建材构件等领域。而且在CIGS电池在光伏建筑一体化已经得到了广泛的应用,有很多成功案例。另外,薄膜电池因其柔性可弯曲的特点,还可以广泛应用在背包、幕墙、弧形屋顶、车顶等各类场景中。如此一来,薄膜产品可削弱晶硅产品的同质化,未来发展可期。

而在电站发电的主流市场,孙云教授预测认为,一旦薄膜电池进入组件市场,占据10%即可达到10GW以上。而想要进入组件发电市场,CIGS电池产线国产化及成熟稳定是关键。

在演讲中,孙云教授假设:CIGS电站与多晶硅电站均以10MW为单位,CIGS组件效率为15%,多晶硅组件效率为16%,两者售价相同,两电站在同一地点,CIGS电站年发电量高于晶硅电站8%,CIGS组件25年衰退5%,晶硅组件衰退20%。

以此条件将CIGS电站与多晶硅电站进行了收益比对,发现CIGS项目内部收益率远高于晶硅,项目投资回收期缩短一年;而且CIGS电站年发电量高于晶硅电站8%及较低的衰减率,其影响要远远高于初期投资成本的变化。

但是以上结论能够实现的关键在于15%的量产效率、年发电量高8%、与晶硅等同的价格三点。孙云教授表示,CIGS量产平均效率15%已经可以达到;电池稳定不衰退,电站年发电量高于晶硅电池8%也已经被证实;关键在于设备与工艺的稳定成熟,并达到大规模生产,使得CIGS组件价格与多晶硅等同这一条件需要努力实现。

孙云教授最后表示,对CIGS高效薄膜太阳电池关键核心技术与装备实施国产化攻关,提高关键环节的创新能力,形成薄膜太阳电池技术创新体系,解决关键核心技术与高端装备对外依存度高、高端装备制造业和生产性服务业发展滞后等问题,全面提升大面积薄膜半导体材料核心装备的创新能力,不仅可提升我国新能源产业的国际竞争力,同时对我国新型薄膜材料和器件的科技发展、工业化升级转型具有重大战略意义。

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