技術創新是任何產業發展的原生動力,光伏也不例外。在光伏電價接近平價上網之際,行業在新技術路線的競爭呈加速狀態。2017年下半年,輕薄、價低的鈣鈦礦太陽能電池異軍突起,其商業價值日益受到廣泛關注,為行業發展提供了新的方向。
“鈣鈦礦技術是更新換代的技術,具有通用性及重要現實應用價值。”協鑫中央研究院副總工程師范斌在接受記者采訪時表示。那么,作為最具前景的光伏技術路線,我國鈣鈦礦技術現狀如何?距離業內期盼的產業化之路到底還有多遠?
未來新材料——成本更低
鈣鈦礦太陽能電池是一種由人工合成的新型薄膜太陽能電池,具有廉價、柔韌性、重量輕等特點。和硅材料相同,鈣鈦礦屬于半導體,但具有更為優異的吸光性,其特質被光伏行業“降本增效”寄于厚望。
“和傳統光伏材料相比,原材料成本有大幅下降,合成成本僅為傳統電池的1/20。”杭州纖納光電科技有限公司(下稱“纖納光電”)創始人之一、執行董事長兼總經理姚冀眾介紹。
以鈣鈦礦為原料制造的太陽能電池可以將大約1/4的太陽光直接轉化為電力。對于等量的電力需求來說,所需原料也遠少于其他材料,安裝成本更低。
研究表明,鈣鈦礦電池對光的吸收能力是傳統太陽能電池材料的100倍,因此鈣鈦礦電池只需使用1/100的厚度,即可產生相同的能量輸出,相應減少了所需材料數量;且產生的電壓更高,還能增加能量產出。
從轉化率方面來看,鈣鈦礦也具有明顯優勢。以目前備受矚目的多晶硅為例:1985年,多晶硅太陽能電池的實驗室轉化率為15%左右,在2004年達到20.4%;而后其轉化率雖略有提升,但微乎甚微。在早期較快速發展的20年間,其轉化率也僅提高了5%。
反觀鈣鈦礦太陽能電池,其技術在學術界研究始于2009年,目前實驗室小面積器件(面積大小在幾平方毫米)效率在22-23%以上,其效率提升速度碾壓傳統硅、碲化鎘和銅銦鎵硒等第一第二代光伏材料成為新原料黑馬,被姚冀眾稱為“第三代光伏材料”;范斌也用“尼龍”這種物美價廉的人造材料比喻鈣鈦礦,他認為如同尼龍取代棉一樣,鈣鈦礦終究會登上廣闊的舞臺。
“目前光伏發電成本已有大幅度下降,但相對于傳統能源,其成本依舊較高。因此成本仍然是限制其大規模使用的主因。”姚冀眾說,“鈣鈦礦這種新型廉價人工材料不僅節約了原材料成本,在工藝方面我們也做了創新,由傳統高溫鍛造結晶工藝轉變為溶液打印的方法,進一步使成本縮減。未來,其發電成本甚至可以低于傳統煤電電價。”
可以看出,降低成本仍然是光伏產業進一步發展的重要標志,為盡快達成“低成本”、“平價化”的業內共同目標,鈣鈦礦技術無疑為此提供了一條新路徑。在可預見的未來內,鈣鈦礦技術上升空間廣闊。
有研究表明,將鈣鈦礦稍作人工改變就能有效地將不同波長的太陽光轉化為電力,可借此制造帶有不同層的太陽能電池,每層可吸收不同波長的太陽光,進一步提升能效。
纖納光電另一創始人顏步一表示:“鈣鈦礦的核心競爭力十分明顯,材料成本低、生產過程環保低能耗、轉換效率可與現有成熟技術大致持平,應用場景廣泛。而且其制造成本、制備過程和轉化效率上都有著較為明顯的創新優勢。所以,從光伏行業產業化角度來看,其潛力不可小覷。”