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解决好太阳能技术,才能解决能源问题

文章出处:东莞热水工程网 人气:发表时间:2017-11-07 11:53

  能源——它主宰着人类的衣食住行,操纵着人类的一切活动,是全球各个国家和地区的发展命脉。

  一个多世纪以来,人类持续不断地挖掘已经在地下埋葬了上亿万年的煤油,推动了社会的繁荣与进步,却带来各种“乌烟瘴气”的副作用。随着大气层环境的恶化,再生能源如风能、水能、植物能以及潮水能等开始粉墨登场,纵观各种可再生能源技术,太阳能也许是最重要的一种,对彻底解决全人类的能源需求提供最大的帮助。

  2009年,人类能源的总消耗为16 太瓦,预测到2050年,总能源需求量将达28太瓦;而我们每年从太阳吸收到的能源,足足有2.3万太瓦,如果能充分加以利用,就可以无污染、无偿养活800多个地球。由此可见,解决好太阳能技术的重要性,而太阳能光伏技术的突破,确实已到了临界状态。

  我们可以先简短回顾一下光伏技术的发展历史。早在1839年,一位法国人,Alexander-Edmond Becquerel,就发现半导体材料在阳光下能产生电流;但直至1905年,艾恩斯坦方才解释“光”是经“光子”传递,这“光子”能敲松半导体里的“负电子”,这“负电子”与腾空出来的“空穴”,互相连贯交替,故产生电流。直到1954年,美国贝尔实验室用参杂磷和硼的硅片,制造了头一块晶体硅光伏电池,当时的效率只有3.2% 的转换力,今日市场上的晶体硅转换率,已在20%以上,确实进步了不少。

  然而,这年过“六旬”的老技术,有两个致命的弱点:其一,它的主要生产原材料,是99.9999% 纯度的硅片,其材料成本占生产成本的七成,注定了其昂贵生产成本,使它始终无法与廉价的煤油发电竞争,其生存常依赖政府补贴;其二,它的生产造成大量四氯化硅的污染;多年来,这挂着环保再生能源光环的产业链,却是中国农田的污染源头。但由于它技术门槛较低,二十多年来,上千家晶体硅工厂在中国建立,中国成为全球最大的晶体硅产国;近几年,由于生产过剩,导致恶性竞争。据中国官方数据,国家在晶体硅太阳能方面的补贴和不良借贷损失,达两万亿人民币。

  可喜的是,太阳能技术的更新,早已翻过去了两页;先是类似铜铟镓硒或碲化镉一类的薄膜光伏技术,其转换率已超过目前晶体硅市场产品的的水平,美国的First Solar和日本的Solar Frontier已成功使用薄膜技术,低成本批量生产此类光伏电池。一般薄膜技术,使用廉价的纳钙玻璃作为基板,来代替硅片,其光伏吸收薄膜层厚度要比晶体硅薄40倍,薄膜技术的生产成本潜力,远低于晶体硅,是真正能抗衡煤油发电的再生能源。到目前为止,中国虽然也参与各类薄膜技术的研究,但尚未形成大批量生产规模。为弥补中国在薄膜太阳能技术上的短板,中国的汉能和中国建材,相应收购了数家国外的铜铟镓硒厂家,包括汉能去年收购美国亚利桑那州的Global Solar、美国加州的Miasole,以及德国Q-Cell 旗下的Solibro;中国建材也收购了德国Saxony的Avancis。但短期内,这些收购的公司,要转移到中国来生产,尚不现实。

  日本的桐荫横浜大学,Miyasaka团队,于2009年开始将有机/无机甲胺碘铅材料(简称钙钛矿),应用到薄膜光伏行业,这是太阳能技术最新的一页。仅仅四年功夫,钙钛矿光伏电池的转换率,从2009年的 3.8%一跃而成今天20% 以上。钙钛矿除了其先天的技术优势,比如特宽的吸收光谱、极高的带隙及开路电压、极高的载体浓度及迁移率和极少的结构缺陷外,其生产工艺可使用极低生产成本的旋涂法来制造,无需经真空镀膜。

  解决能源问题,太阳能技术是一大关键。前些年,在东莞注册的日阵公司,一个结合中外技术精英的薄膜技术团队,经四年的努力,成功研发了一种低成本四元素共溅射新型铜铟镓硒薄膜工艺技术,其生产成本,远低于晶体硅技术。他们现正在开发最新的下游技术双结钙钛矿/铜铟镓硒薄膜太阳能电池,其转换率有望能突破50%,其生产成本将远低过煤油发电。日阵 是典型的技术密集型公司,为扩大生产规模,建立有国际水平的实验室,现正申报新三板挂牌,试图借助资本的力量,来壮大巩固其长期的发展规划,为解决人类能源问题,贡献自己的一份力量。

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