清華大學寧存政：新型高效低成本太陽能電池解析
2017-08-04 14:39:13
摘要：清華大學電子工程系教授，中組部“千人計劃”學者寧存政在“全球光伏行業(yè)趨勢及機遇分析”分論壇上作了《新型高效低成本太陽能電池解析》主題演講。
以下為寧存政演講文字實錄：
寧存政：謝謝大家。非常感謝主辦方給我這個機會，有機會跟光伏界的領袖和企業(yè)界或者是產業(yè)界的同行進行交流，我講的內容可能跟今天早上大部分的內容不太一樣內容不是現(xiàn)在有產品的東西，今天早上幾位都講過，雖然近幾年成本大幅降低，但降低的速率慢下來了，將來某一天，我們把現(xiàn)有的潛力挖進的時候，我們需要新的技術跟進，保持我們的領域的整個的勢頭。
作為在大學，我們研究一些未來的技術，這個圖大家已經看過幾次了，目前太陽能電池效率和時間以及發(fā)展歷史，主要四大類，一個是單晶多節(jié)太陽能電池，然后單晶硅，然后薄膜電池，然后新型電池，這個新型電池的斜率高多了。
底下的這個是廉價的，低效型的，大家可以看到，薄膜單晶硅這些技術，大時候屬于一種相對效率比較低，但成本也比較低的技術。相對的呢，我們有多節(jié)聚焦技術，這個技術的成本效率非常高，大概40以上的效率，那么相應的成本也比較高。我們過去10年，我們努力的或者工作研究的重點，在這塊有沒有可能發(fā)展出新的技術來？這也就是說我們的高效，有沒有高效、低成本的組合？我們這個低成本呢，跟高效率通常是個矛盾的東西，大家很清楚，那么就是說對我們研究的角度來說，有沒有低成本的辦法，成長出一種高質量，滿足多結太陽能電池要求的材料？
上面生長的所有的層，跟底下的基底要匹配，那么任何的不匹配都造成非常大的質量和效率的問題，那么成本的這個主要的大致有兩點，一種是需要非常高質量單晶材料，另外這種技術目前的成本還是太高，過去剛開始幾十年主要用在空間、衛(wèi)星什么東西，現(xiàn)在開始大型電站也在用，成本我就不去再仔細講了，我剛才講的太陽能電池在豎直方向堆起來，道理很簡單，就是說跟剛才豎直方向不一樣，現(xiàn)在橫方向攤開，我需要色散光學，這樣的話，我如果在不同的帶隙的半導體吸收材料吸收不同波長，可以達到跟豎直波長一樣的效果，但不同的地方，這個時候我不需要把不同的能隙寬度材料堆到一塊兒，這樣的話對生長的要求相對要弱多了，第一次很早了，一九八幾年，幾十年了，近幾年有各種各樣不同的做法，怎么把不同的光在空間給分開不同地方去吸收，這是一個原則。最近有些效率還不錯的做法，那么問題是什么呢？為什么這個概念幾十年沒有得到非常大的重視和注意力呢？主要一點，光學部分比較簡單，現(xiàn)在有非常便宜的光學，做得效率非常高，問題就是這種我們需要橫向材料，我們不可能在一個單一基底上長出能隙不同的材料，那么怎么做呢？找一塊硅，然后從分別不同的基底上剝離，轉到一個平臺上，大家也可以想像，做工藝、做加工的人都知道，過去幾十年主要停留在研究階段，沒有真正的企業(yè)起來。我們最近大概八九年、十年研究的重點，有沒有一種本身，避免剝離、轉移的昂貴過程。核心細節(jié)之一，有沒有低成本的辦法，可以生長橫向多節(jié)電池需要的高性能吸收材料，我們用一種比較薄膜生長的辦法，我們需要的多能隙的半導體一次生成。
我們從左到右變核心組分，本真發(fā)光，每一個地方不同能隙的寬度，你可以通過分光以后，可以把分光的波長位置和吸收位置匹配起來，我們做了幾十個點的硬光譜，質量非常好。
我們可以用硅，或者其它的，更便宜的，然后我們長一些柱狀的楨列，基本上什么材料，有一不中普適的基底。是第二點技術的關鍵。
那么概念上怎么做？比如生長一個基底，事先圖形化，我們根據(jù)光學的要求，色散以后，做橫向的多極多個正負電極在橫方向做，最近我們有一個，我們把色散聚焦的光學和我們這個電池吸收材料整個集成起來，我們最近設計的整個的厚度大概到幾個厘米，這樣你可以看跟通常的聚焦電池的結構非常不一樣，做成非常薄的一種，普通的平板太陽能電池板看起來差不多，但是是高聚焦的電池。各個部件已經做出來了，按照目前的三節(jié)電池優(yōu)化后的率，可以和多節(jié)電池差不多的程度。
我稍微總結一下，我們的優(yōu)勢，低成本的原因和高效率的原因，不需要高成本的單晶基底、不需要昂貴的薄膜外延設備、不需要昂貴的前驅材料，材料生活過程和薄膜相當，所有加工工藝過程和薄膜電池相當。高效率就在于吸收半導體為高質量的單晶材料等等圖上這些，我們的口號和目標，有沒有一種薄膜的成本和多節(jié)的效率，這是我們的口號和目標，謝謝大家。(能源新聞網)
