2014年十大太阳能光伏前沿技术盘点

2015-01-06 16:55:08 来源： 浏览次数：0

NO.1 人类太阳能电池最高效率——46%

2014年，一项有关光电转换效率的最新世界记录已经诞生：多结太阳能光伏电池片转换效率达到46%。该项技术成果由法国Soitec公司、法国微电子研究机构CEA-Leti与德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所共同开发。据报道，此次打破世界纪录的电池片是一款四结电池片，其中每一个子电池都可将四分之一的入射光子精准地转化为波长为300至1750nm的电流。​

点评：多结太阳能电池之前的最高效率是44.7%，公布于2014年9月——也是该机构的研究成果。而在更早的2013年5月份，上述三家机构和企业还同法国原子能委员会电子与信息技术实验室（CEA-Leti）的科学家联合推出了319倍聚光浓度光线下，光电转化效率高达43.6%的光伏电池。在冲击50%的转换效率的终极之路上，46%不会是最终的成绩，但仍足可炫耀。​

NO.2 松下刷新世界纪录 效率高达25.6%

松下最新研发的住宅用“HIT太阳能电池”的核心元件，用了保留部分异质结、去掉受光面电极的“背接触结构”。由于去掉了遮挡光线的电极，因此能够增加电流量，能量转换效率达25.6%，为目前世界最高水平，刷新了澳大利亚新南威尔士大学1999年创下的25.0%的纪录。​

点评：作为当今太阳能光伏产业的主流，虽然业界对于晶硅电池越来越趋近于效率天花板而对其未来有争议，但姜还是老的辣。成熟的技术与成熟的产品，晶硅光伏产业已经形成了全面的优势，在相当长的一段时间里，晶硅电池制雄霸光伏产业的现象会随着其潜力的进一步发掘而稳固。​

NO.3 Manz CIGS电池效率21.7% 先赢一局

Manz集团在CIGS薄膜太阳能工艺的研发伙伴巴登-符登堡邦太阳能和氢能研究中心(ZSW)，在CIGS薄膜太阳能效率方面创下了21.7%的新世界纪录。这是薄膜太阳能工艺前所未见的最高转换效率，大幅超越目前主流的多晶硅太阳能工艺纪录。​

ZSW的该型CIGS电池采共蒸镀制程工艺，由 Manz及ZSW共同深入研发。该工艺的再现性绝佳，可以轻易地从实验室转移到量产生产线，为此，Manz在德国施韦比施哈尔(Schwaebisch-Hall)的生产据点设立CIGS 创新生产线(innovation line)，大量生产CIGS组件，将实验室内的成果透过量产加以实践。其在一家采用共蒸镀过程的实验室涂层工厂制造，ZSW表示，其已经制造效率突破21%的四十个电池的事实，进一步证明了该方法有助于行业批量生产。​

点评：经历过一段时间的沉寂期后，CIGS逐渐重新走上太阳能光伏行业舞台，曾经“薄膜之王”回来了。在追逐CIGS最高效率的这场争夺中，中国汉能、瑞典Midsummer、美国Stion乃至日本Solar  Frontier都没有放弃过对效率魁首之位的追求。中国汉能在2014年5月曾经以21%的效率保持第一位置四个多月之久。CIGS薄膜技术已经打破了晶硅电池在效率方面的"垄断"。甚至可以说，曾经困扰着薄膜光伏的成本问题已经被极大地缓解，而在某些独特的应用领域，CIGS薄膜更有晶硅电池难以比拟的优势。​

NO.4 澳大利亚“另类”聚光太阳能系统达到40%效率

2014年12月8日，澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）宣布，其开发中的聚光式光伏发电系统的转换效率首次达到了40％。该技术的核心是新南威尔士大学独立开发的双色镜系统，而太阳能电池则采用Spectrolab公司的电池单元。​

双色镜是层叠多层反射率不同的介质薄膜制成的，可以透射特定波段的光，而反射其他波段的光。关于透射波段，新南威尔士大学将在近期出版的论文中公布，2013年公布的资料显示，可透射的近红外线的波长范围是接近900nm-1100nm以上，会反射其他波段的光。900nm-1100nm这一近红外线波段是硅类太阳能电池容易实现高转换效率的波长区域，而其余波长范围3接合型化合物太阳能电池可覆盖。3接合型化合物太阳能电池中，支持波长最长的电池单元可将1600nm以上波长的红外线转换成电力。因此，硅类太阳能电池组合3接合型太阳能电池的效果与4接合型太阳能电池相当。​

点评：事实证明，澳大利亚并不仅仅只有袋鼠、考拉和沙滩。澳大利亚人在清洁能源方向的努力有目共睹。有“太阳能电池之父”之称、也参与了此次开发的新南威尔士大学教授MartinGreen指出：“这次的技术特别适合在澳大利亚日益普及的塔式大规模聚光型光伏发电系统。”对于太阳能资源丰富的澳大利亚来说，分光型聚光太阳能发电技术无异于福音。​

NO.5 钙钛矿太阳能电池：成本下降“福星”

研究发现，钙钛矿型光伏材料的结晶形貌对其光电性能的影响至关重要，肖立新教授、龚旗煌院士与西安交通大学吴朝新教授、侯洵院士合作，通过分步溶液成膜方法对掺氯钙钛矿材料进行优化，相对于一步溶液成膜方法，微观形貌容易控制，器件效率得到极大提高，并进一步研究钙钛矿薄膜材料的成膜条件，实现对钙钛矿薄膜形貌的调控，成功制备介观结构的钙钛矿太阳能电池，同时提高太阳能电池的吸光能力及电荷传输能力。该创新研究群体还针对钙钛矿电池急需解决的稳定性问题，开发了一种新型疏水性空穴传输材料使器件的稳定性得到极大改善，相关工作已经申请中国发明专利。​

值得一提的是，厦门惟华光能有限公司研制出的钙钛矿太阳能电池光电转换效率已达19.6%，超越了欧美、日本、韩国等研究所公开发表的同类型电池的转化效率，成为全球第一。其封装前的厚度仅有数微米，远薄于非晶硅、CIGS等传统薄膜太阳能电池，成本也仅是其它太阳能电池组件的三分之一，因此被命名为超薄膜太阳能电池。​

点评：新一代的太阳能电池要取得市场的认可，至少要做到以下三点：首先，要在效率上与多晶硅接近；其次，要在价格上低于它；最后，组件的寿命也要接近它。CIGS薄膜技术与钙钛矿电池技术正在不断的进步，无疑让大家看到了希望。​

NO.6 GTAT与创新的太阳能电池串工艺

GT Advanced Technologies（GTAT）今年上半年推出了一种突破性的技术--太阳能模块金属化及互联技术Merlin（梅林），为电池和组件生产商带来了好消息。Merlin技术用弹性网格来替代传统的两栅和三栅银主栅线可大幅降低银浆使用量，降幅高达80%；同时，可提高电池板效率，并将组件成本降低10%。GT还称，使用该技术所制得的组件预估可更为可靠、更耐用，并可制造出更为轻便、易处置的产品，从而降低运输与安装成本。据预计，该太阳能模块金属化产品将于2015年初量产。​

Merlin技术可能彻底改变组件制造企业​

点评：Merlin技术看起来技术难度不大，然而有时候产生巨变的可能就是一个小小的点子。Merlin技术的创新特性，在于其可以大幅减少昂贵银浆的使用量，同时提高塔板效率。以此技术生产的组件将更可靠、更耐用，而且产品的规格将更轻、更易于处理，从而降低运输及安装成本。破产后的GTAT会不会再从光伏技术之路爬起来？让我们拭目以待。​

NO.7 生物太阳能技术与苔藓供电

一位名叫Fabienne Felder的瑞士设计师与剑桥大学的科学家Paolo Bombelli、Ross Dennis共同实验除了一种全新的方法，利用植物作为“生物太阳能板”。“从理论上来说，任何通过光合作用的植物都可以作为太阳能电池板，而随着技术的发展，这些将会进一步被转换成微生物燃料电池（Photo-MFCs），可以利用植物来产生及收集能量。”该团队表示。同时，研究小组已经首先将自己的研究成果转化成了一台“苔藓收音机”，通过苔藓来为收音机提供电力。这个装置通过利用苔藓进行光合作用时产生的剩余电子，有效地将苔藓转变为生物太阳能电池板。​

目前该装置还处于初期阶段，每次只能运行几分钟。但设计师Fabienne Felder希望这只是该研究方向的开端，她把这种技术比太阳能研究的初始阶段。​

点评：尽管上面的两项所谓“生物太阳能技术”都只是概念中的事物，即使已经有原型的苔藓电池板也仅仅只能运行几分钟，但这毕竟为我们打开了一扇大门，不是么。或许在未来，太阳能光伏技术将不仅仅是冷冰冰的了。​

NO.8 异想天开的太阳能飞行技术正在实现

2014年，太阳能动力航空界连续传出三个重大消息：FaceBook收购一家英国太阳能无人飞机制造商Ascenta，曾经创下纪录的瑞典Solar Impulse（太阳能驱动）2号机型即将再次踏上环球飞行征程，先前传或将被FaceBook收购的太阳能无人飞机制造商Titan Aerospace（泰坦航空）被谷歌接手收购。​

Ascenta、Solara 60、Solar Impulse 2号太阳能飞机将2014年太阳能航空推向了高潮。​

点评：太阳能飞机代表的意义是清洁能源飞行的梦想，而这三个消息似乎都在释放这一个讯号：太阳能飞机即将成熟，人类的清洁能源飞行梦想即将实现。​

NO.9 太阳能纳米技术集中爆发

加拿大研究人员设计并测试了一种新型固态、稳定的光敏纳米粒子——胶体量子点技术，该技术或将用于开发更为廉价、柔性的太阳能电池及更好的气体感应器、红外激光器、红外发光二极管。​

美国麻省理工学院（MIT）发布新闻稿称，MIT的科学家正实验在太阳能电池上敷一层碳奈米管涂层，来利用通常会浪费掉的光线波长，以提高太阳能电池的效率，理想情况下甚至可使电池效率超过80%。​​

复旦大学先进材料实验室、高分子科学系彭慧胜教授课题组最近成功研制出一种新型能源器件——取向碳纳米管纤维，使研发完全纤维状的“能源系统迈出了关键的一步”。基于这一技术制造的新型太阳能纤维电池，使人类随时随地、高效使用太阳能这种清洁能源的梦想有望成为现实。​

北京大学邹德春教授团队提出并实现了无需透明电极的柔性纤维太阳能电池，通过制备工艺的不断优化，编织了875px*875px的电池模块；利用高效的纤维电极与纤维电池单元，研究团队制备了柔性的双面纤维太阳能电池模块；并结合纤维电池独特的三维采光特性，开发了新型的半透明聚光模块。纳米纤维太阳能电池的光电转换效率被提高至7.2%，制备了长度超过750px的全柔性纤维电池，单根电池在自然光照下即可驱动螺旋桨工作。​

点评：20世纪下半叶，纳米技术曾经“火”过相当长一段时间。当人们对这种神秘的由长度计量单位命名的技术有了一定的了解之后，纳米技术又被认为不过如此。真的吗？可喜的是，进入2014年以来，我们又看到了太阳能光伏相关的纳米技术的爆发性繁荣。希望2015年，纳米技术能给太阳能光伏产业带来更大的技术革命。​

NO.10 “多彩”的太阳能技术

​郭杰团队将电池制成了一小片“美国国旗”​

美国密歇根大学电力工程与计算机科学、大分子科学与工程教授郭杰带领他的团队开发出了一种彩色太阳能电池方案。通过借鉴现在已经在显示行业相对成熟的非晶硅技术，郭杰终于解决了目前诸多所谓“彩色”太阳能电池的容易散光、背景模糊、视角不良或是颜色不稳定等问题，并较好的保证了电池的透明度。​

能透光、能发光的太阳能电池​

而来自南洋理工大学的研究人员研发出的一款新型太阳能电池，不仅可以用作透光的玻璃，而且还能向外发光。研究人员称，这种电池核心是一种多功能新材料，名叫钙钛矿。这种玻璃能用来制成一种白天产生电能，夜里发光的镜面。科学家指出，这种材料同样可以用在智能手机和平板电脑上，如果这一假设实现，以后iPhone充值就只需扔到太阳底下即可。​

美国科学家仅使用一层纤薄的塑料将太阳光聚集在一块由砷化镓制成的太阳能电池上，就让太阳能电池的能效增加了一倍。这一方法不仅降低了太阳能电池的使用成本，当太阳光照射在塑料薄片上时，会被薄片上一种专门捕获太阳光的染料吸收。由于这是一种发光染料，它会将吸收的光释放出来，但释放出的光大部分都被局限在塑料薄片内部，因此，这些太阳光会在塑料内部弹来弹去，直到抵达太阳能电池内部。​

点评：太阳能电池在大部分认得印象中，或许都是瓦蓝色的，即使是某些公司在硅片制造工艺上进行改进生产出来的黑硅产品，太阳能电池也说不上多姿多彩。然而，进入2014年来，各种各样的彩色电池技术终于让太阳能多彩起来了。

信息来源：ofweek太阳能光伏网　　编辑：苟丽丽