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迅速崛起的薄膜太阳能电池 |
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| http://cn.newmaker.com
8/16/2007 12:00:00 PM
佳工机电网
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 科学时报2007年8月15日讯日本夏普电子公司8月5日宣称，决定在大阪府堺市建设一座年产能力为1GW的大规模薄膜硅太阳能电池新工厂。该公司称,太阳能电池正在发生革命性的变化，2013年之前将是薄膜硅和结晶硅齐头并进，2013年以后薄膜硅将成主流。其依据是，薄膜太阳能电池在技术开发上已超越传统的硅电池，生产成本也迅速跟上市场竞争的需要。另一方面，鉴于资源的短缺，结晶硅材料的制造和获取都非常困难。
太阳能光伏技术变革是大势所趋
太阳能光伏电池的发展，最早可追溯自1954年由贝尔实验室所发明出来的太阳能电池，当时研发的动机是希望能提供偏远地区供电系统的能源，那时太阳能电池的效率只有6%。接着从1957年苏联发射第一颗人造卫星开始，一直到1969年美国宇航员登陆月球，太阳能光伏电池的应用可说是充分发挥。全球94%的太阳能光伏电池是采用硅晶圆制造。
近年来,业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的把握。日本产业技术综合研究所于去年2月已经研制出目前世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已达到现有有机薄膜太阳能电池的4倍。此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一起，其太阳能到电能的转换率约为1%。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜，变成三层构造，这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。
可折叠薄膜的太阳能电池是一种利用非晶硅结合PIN光电二极管技术加工而成的薄膜太阳能电池。此系列产品具有柔软便携、耐用、光电转换效率高等特点；可广泛应用于电子消费品、远程监控/通讯、军事、野外/室内供电等领域。
有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。研究人员表示，通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。专家认为,未来5年内薄膜太阳能电池将大幅降低成本，届时这种薄膜太阳能电池将广泛用于手表、计算器、窗帘甚至服装上。
活动的太阳能电站
美国艾奥瓦薄膜技术公司去年12月11日宣称，将向市场推出一系列覆有太阳能薄膜的商品，包括太阳能无线电耳机和33厘米宽的发电塑料卷。另一家卡纳卡公司已开发出能发电的衣服和白天徒步旅行用的背包，这种背包嵌有很轻的光敏塑料充电器，能给手机和iPod充电。
驻扎在伊拉克和阿富汗的美国士兵经常要携带超过25公斤的装备，包括电话、电脑、夜视镜以及使这些设备运行所必需的电池。光电池就重达2公斤。美国马萨诸塞州内蒂克的美军士兵系统中心计划将士兵变成行走的发电站，来减轻他们的负担。事实上艾奥瓦薄膜技术公司去年已开始向美军提供口袋大小的薄膜太阳能充电器和嵌有能发电的柔性塑料面板的帐篷。实地试验的士兵将这种帐篷既用作住处也用于为医疗或通信设备供电。
是传统以矽制成的太阳能电池厚度的百分之一
早在10年前，科学家就发明了一种比头发还要细的太阳能电池，由于其所使用的半导体原料远较一般太阳能电池为少，因此可解决太阳能电池价格高昂的问题。后来，研究人员使用称为CIS 的复合半导体的技术，将2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太阳能电池。它比传统以矽制成的太阳能电池薄100倍，实际上比头发还要薄，它亦较轻和使用较少半导体物料，售价因此较便宜并可大量生产。
传统的矽电池需大量半导体物料，价格昂贵，因此无法普及，而且由于较笨重，其应用范围受限制。薄膜电池却只需要将廉价物料放在诸如塑胶等有弹性的表面上便可，价钱便宜而且轻便。
有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。研究人员表示，通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。专家相信,不久的将来，薄膜材料的太阳能电池将出现在人们的日常生活中。
商业性开发进展迅速
目前，世界上至少有40个国家正在开展对下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池实用化的研究开发。去年10月，日本昭和壳牌石油公司创下了铜铟硒薄膜太阳能电池光电转换效率的最高世界纪录。面积为864平方厘米的转换效率为14.3%，面积为3560平方厘米的转换效率为13.4%。由于该公司已经使用该太阳能电池制成日本第一个10千瓦太阳能发电系统，使该太阳能电池的实用化向前迈进了一大步。
铜铟硒薄膜太阳能电池可实现低成本高效率，由于其具有低于目前主流的结晶系Si太阳能电池成本的竞争优势，有望作为下一代太阳能电池。此外铜铟硒薄膜太阳能电池对宇宙射线的耐受性比其他电池高，是一种成本低、质量轻的宇宙用太阳能电池，可作为人造卫星的电源等。
降低生产成本是推广太阳能电池的关键。德国太阳能技术研究所历经10年努力，开发成功一种新型薄膜太阳能电池技术，该项技术采用连续电沉积工艺，制备出在铜箔上形成薄膜太阳能电池的带卷，然后通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。目前，这种电池的实验室效率已达到9.2%，理论效率高达30%，并且由于材料消耗少、工艺简单，预期最终成本将低于每瓦0.6欧元。
汽车业涉足薄膜太阳能电池
日本第三大汽车制造商本田汽车公司去年12月19日宣布，从2007年起开始大规模生产太阳能电池，该公司将在九州岛熊本市的轿车工厂内再建立一座专门生产太阳能电池的工厂，一旦新工厂年产能达到预定的27.5兆瓦，足够满足8000户家庭的日常电能需求，则每年能从太阳能电池的销售中获得7000万美元的收入。
尽管本田公司未公开生产太阳能电池所用的材料，但业内权威人士相信使用的是不含有硅的铜铟硒（CIS）薄膜，这种太阳能电池是从20世纪80年代初发展起来的多晶薄膜电池。CIS电池以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳能电池的稳定性和较强的空间抗辐射性而成为本世纪最具有前途的太阳能电池之一，是目前国内外众多科研机构及行业专家的研究热点。与以硅为原料制成的传统太阳能电池相比，铜铟硒薄膜在生产过程中所消耗的能量仅为后者的一半，而排放的二氧化碳也会相应减少50％。
中国发展迅速
我国独立开发的“铜铟硒薄膜太阳能电池试验平台与中试线”项目，已被科技部列为国家“863”计划新立项课题。
铜铟硒薄膜太阳能电池以玻璃或其他廉价材料为衬底，金属化合物薄膜厚度仅3～4微米，其光电转换效率较高，而资源消耗低、环境污染少。目前已在一些关键技术上取得了重大突破，并创造了电池光电转换效率高于12％的新纪录。该项目计划于2006年底完成后，将使我国化合物薄膜太阳能电池这一高新技术居于国际先进水平，并使该产品成为最具市场前景的薄膜太阳能电池之一。
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