2016年光伏行業(yè)十大前沿技術

1、2016年太陽能光伏行業(yè)十大前沿技術2016-12-30近來，我國東北地區(qū)嚴重的霧霾問題引發(fā)了全民吐梢。而在人們爭相吐梢的同時，如何快速發(fā)展可再生能源以有效解決霧霾問題也成為了討論的焦點。其中，經(jīng)過多年來的快速發(fā)展，太陽能發(fā)電已經(jīng)成為了全球最便宜的能源之一。但是盡管如此，相對于火電等傳統(tǒng)能源來說，太陽能發(fā)電的成本依然較高。那在霧霾肆虐之下，太陽能發(fā)電又靠什么來降低發(fā)電成本，挑起可再生能源取代傳統(tǒng)化石燃料的重任，還天空一個蔚藍呢？俗話說，技術創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，太陽能發(fā)電想挑起重任，就必須要通過不斷的技術創(chuàng)新來降低發(fā)電成本。追本溯源，從長遠發(fā)展來看，太陽能發(fā)電成本的降低主要依靠的是電池效率的突破。

2、而令人欣慰的是，2016年太陽能行業(yè)的科研人員們并未讓人失望，他們用一次又一次的技術突破證明了太陽能發(fā)電的良好前景。本篇文章，OFweek太陽能光伏網(wǎng)將為大家盤點光伏行業(yè)2016年度十大新技術和突破性進展，請關注這些技術，它們可能改變未來！NO.1松下推出新型高效HIT太陽酢電池組件效率達36%!2016年2月16日，松下宣布推出創(chuàng)新型高效太陽能電池板，HITN330和N325光伏組件。該創(chuàng)新型異質結電池結構由單晶硅和非晶硅（無定形硅）層構成。據(jù)報道，松下HIT系列電池與傳統(tǒng)太陽能電池尺寸相同，但能效居于行業(yè)領先。松下表示，松下HIT系列太陽能電池板利用96片HIT太陽能電池，相比于傳統(tǒng)60片

3、電池而言，不浪費空間，高溫情況下性能表現(xiàn)更好。并且，此新型太陽能電池組件幾乎適用于所有的住宅應用，每平方英尺產(chǎn)能高達36%,能極大降低系統(tǒng)安裝成本。松下指出，其獨特的金字塔式電池結構促成了其無與倫比的效率，可吸收更多的陽光發(fā)電，比傳統(tǒng)晶體結構能效更高。排水架設計可排開太陽能電池板表面的積水，即便安裝角度較低，可避免積水或變干后的水漬，減少能源輸出耗損效率。編輯點評：該電池組件亮點在于其獨特的金字塔式電池結構，可以讓電池更大程度的吸收太陽光，從而使電池組件的效率達到了高點。除此之外，該電池組件的排水架設計也是一個亮點，這樣的細節(jié)優(yōu)化彰顯了科研人員追求完美的精神。而這正是所有的科研技術人員需要學習

4、的東西。該電池組件的推出對整個太陽能光伏行業(yè)起到了極大的推動作用NO.2薄膜CIGS太陽能電池效率刷新紀錄達22.6%!德國巴登符騰堡太陽能和氫能源研究中心（ZSW）宣布研制出轉換效率為22.6%的CIGS（銅錮錢硒）薄膜太陽能電池。轉換效率超出日本制造的電池0.3個百分點，這也是ZSW第五次重新攬回世界紀錄。此款新型電池面積為0.5平方厘米，屬于測試電池標準大小。研究所的研究人員通過提高優(yōu)化生產(chǎn)工藝提升了電池效率性能。具體就是CIGS表面的沉積后處理，將金屬化合物摻入到該層。銅錮錢硒（CIGS）薄膜太陽能電池效率在過去三年比過去15年增長還多。由于效率提高，其發(fā)電成本快速降低。近年來薄膜光伏

5、效率紀錄增長勢頭迅猛，前三年時間，每隔半年左右，世界紀錄就會被刷新，每年平均提升0.7%。薄膜電池可能很快將成為已經(jīng)占據(jù)了光伏市場多年的硅基解決方案的有力競爭者。據(jù)悉，在未來的幾個月里，ZSW將與業(yè)界的合作伙伴Manz合作，將這一最新技術從實驗室輸出走進工廠。Manz總部位于德國羅伊特林根，提供CIGS薄膜太陽能電池組件交鑰匙生產(chǎn)線。編輯點評：晶硅電池之外的薄膜電池一直是人們關注的焦點，薄膜電池也是近年來業(yè)內(nèi)研究的重點。而CIGS太陽能電池作為一種發(fā)展相對成熟的薄膜技術，其背后的潛力巨大。目前，CIGS組件生產(chǎn)成本已經(jīng)低至和硅技術差不多。參照這幾年的發(fā)展速度，在未來的幾年，CIGS光伏技術很有

6、可技趕超多晶硅技術.帶領薄膜光伏強勢崛AltaDevices宣布其碑化錢太陽能光伏刷新世界紀錄、該公司生產(chǎn)出效率高達31.6%的雙結電池，此項最新技術獲得美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）認證。2013年Alta單結太陽能電池效率紀錄達30.8%,此后不久，該紀錄被NREL趕超，然而Alta重新再次刷新世界紀錄。AltaDevices通過多項突破性技術來使用碎化錢制造太陽能電池片，在單結太陽能技術領域實現(xiàn)了世界最高能效。此次，阿爾塔推出的全新雙結技術建于之前的單結技術基礎之上，使用了磷化錮錢作為基底之上的第二個吸收層。相比單結設備，磷化錮錢利用高能光子的效率更高，所以在等量太陽光下，新

7、的雙結技術產(chǎn)生的電量更多。該公司的太陽能效率已經(jīng)獲得能源部的國家可再生能源實驗室（NREL）測量和認證。Alta現(xiàn)在保持單結雙結碎化錢薄膜太陽能電池拉走世界紀錄。但是還面臨將此實驗室研究技術創(chuàng)新投入到批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。編輯點評：2015年，中國的漢能薄膜將美國AltaDevices公司收為旗下，當時AltaDevices掌握的碑化錢（GaAs）柔性薄膜電池技術是世界最領先的薄膜太陽能電池技術，具雙結電池片的發(fā)電效率已達30.8%。而經(jīng)過一年的技術資源整合，AltaDevices的電池技術再次爆發(fā)，將雙結電池片的發(fā)電效率提高到31.6%。而更讓人興奮的是，AltaDevices的單結碎化錢薄膜太陽

8、能電池已經(jīng)開始量產(chǎn)?？梢灶A見的是，隨著技術的進步及成本的降低，薄膜光伏將逐步崛起。NO.4多接合硅晶太陽能電池效率突破30%!德國Fraunhofer太陽能系統(tǒng)研究所(ISE)與奧地利公司EVGroup(EVG)合作，成功以硅晶太陽能電池為基礎，加上擁有兩個電極的多接合太陽能電池技術，讓太陽能電池的轉換效率一舉沖高到30.2%。具體來說，F(xiàn)raunhoferISE和EVG的研究員透過直接外延片接合(directwaferbounding)工藝將微米級的三五族半導體材料轉換為硅材；經(jīng)電漿活化后，外延片表面的次電池(subcell)將呈現(xiàn)真空狀接合，使三五族次電池表面的原子與硅原子緊密接合，形成以

9、硅材為基礎的次電池。而透過堆疊磷化錮錢（GalnP）、碑化錢（GaAs）、硅（Si）等三種次電池所構成的多接合電池，能吸收更廣光譜的太陽光，轉換效率也能大幅提升。FraunhoferISE和EVG成功使4平方公分面積的三五族半導體/硅材多接合電池之轉換效率提高到30.2%,突破了硅晶太陽能電池的理論效率天花板29.4%,并由Fraunhofer實驗室檢證完成。編輯點評：在目前已大規(guī)模商業(yè)化的硅晶太陽能電池轉換效率很難超過23%的情況下。該項技術突破了硅晶太陽能電池的理論效率值，讓業(yè)內(nèi)人十對未來的高效太陽能光伏電池生出無限憧憬。目前，雖然這類三五族半導體/硅材多接合電池的成本仍然高昂，但是三五族

10、半導體磊晶工程和接合技術等都有成本降低空間。所以，這項技術未來仍然有很大的提升空間，屆時，突破效率天花板的高效硅晶太陽能電池將會有量產(chǎn)的那一天。NO.5弗勞恩霍夫聚光光伏組件效率創(chuàng)新高達43.3%!弗勞恩霍夫ISE在2014年創(chuàng)造新的太陽能電池效率之后,宣布使用聚光光運(CPV)技術的太陽能電池組件效率再次刷新世界紀錄。據(jù)位于弗萊堡的研究院透露，此款新型迷你CPV組件包括四結太陽能電池，效率刷新了世界紀錄達43.3%。弗勞恩霍夫ISEAndreasBett博士表示：此項新技術創(chuàng)造了聚光光伏技術新的里程碑,展現(xiàn)出其工業(yè)應用的潛力。"聚光光伏技術經(jīng)常使用多結太陽能電池。CPV技術廣泛應用

11、于太陽輻射大的地區(qū)。2014年，弗勞恩霍夫及其合作伙伴法國Soitec公司及其法國研究機構CEALeti,創(chuàng)造了光電轉化效率高達46%的太陽能電池，是光電轉化效率的最高紀錄。編輯點評：被稱之為第三代光伏技術的高倍聚光光伏發(fā)電技術的發(fā)展向來引人注目，其光電轉換效率理論上可達70%。近年來，聚光光伏技術創(chuàng)造的光電轉換效率屢創(chuàng)新高，極高的轉換效率總是讓光伏人士眼前一亮。但是，目前聚光光伏項目一般都是通過一個支架直接安放在地面上，假設全部安裝在屋頂?shù)脑?，則存在維護和安裝上的困難。如果未來這一問題不解決的話，聚光光伏的發(fā)展將會因為難以安裝到屋頂上而受限制。NO.6光伏電池能效記錄再次被打破高達34.5%

12、澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）打破了光伏電池的能效記錄，將太陽能轉換效率提升到了驚人的34.5%。此前，美國的AltaDevices曾創(chuàng)下了24%的轉換率記錄，但UNSW下屬澳大利亞先進光電中心高級研究員MarkKeevers和MartinGreen打造的新設備,又將性能提升了不少。2014年的時候，他們曾利用鏡子集中光線的方式，將轉換率定格在了40%以上。不過這一次，新設備并未“作弊，而是在正常光照條件下取得的這一成績。UNSW的MarkKeevers展示手上的裝置新裝置由嵌入棱鏡的四片迷你模塊結合而成(大小為28cm2),當陽光照射棱鏡的時候，會被分成四段輸入四聯(lián)接收器，從而增加了可從

13、陽光中獲取到的能量。SimII11eV).ifhijmIdteniclkii1ivtbcnilyBindrrlbrtlfilter18i3M3fMtuMJmillMonuthhkFlcell七ElnP|1«HeV)打川u"flHl'Vjfit*(Q.bZeVl新裝置的工作示意圖在玻璃棱鏡的一側，是一片硅光電池(siliconcell);在另一邊，則是三結太陽能電池(triplejunctionsolarcell)。這種太陽能電池有三層，各自對應不同的光波，能夠最有效地利用光能，而剩下的光能會傳遞到下一層、最終紅外光波會被篩出反彈到硅光電池那邊。Green表示：&qu

14、ot;業(yè)界多年來一直未能達到這一效率水平，而近期德國AgoraEnergiewende的一份研究，還認為要到2050年才能讓非聚焦太陽能收集模塊的效率達到35%并走入家庭應用Keevers在一篇聲明中稱："通過讓每一束光線產(chǎn)生轉化成盡可能多的能量，對于降低太陽能發(fā)電成本是極為重要的,因其降低了所需的投資、回報也來得更快”。編輯點評：毫無疑問，該項技術是極具爆炸性的，34.5%的轉換效率讓人驚訝。更難能可貴的是，該紀錄是在正常光照條件下取得的。而遺憾的是，由于結構太復雜、量產(chǎn)成本過高，當前的原型裝置并不適合在屋頂上大規(guī)模應用。所以該項技術未來想要形成發(fā)展，還需要降低復雜程度，并減少邊際

15、成本。No.7英美大學開發(fā)串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池效率有望超30%!美國斯坦福大學與英國牛津大學的研究人員宣布，利用涂布技術制作的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了20.3%的高轉換效率，并且該電池具備高耐久性。預計將來轉換效率有望超過30%。論文已發(fā)表在學術雜志科學上。串聯(lián)型太陽能電池，是以兩層太陽能電池更有效地利用太陽光，以提高轉換效率的技術。具體來說，第一層主要吸收太陽光中波長稍短的光和紫外線，第二層吸收波長稍長的光和紅外線?，F(xiàn)有的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池中，有在硅系太陽能電池上層疊鈣鈦礦太陽能電池的例子。此次與這類案例不同，其兩層都是鈣鈦礦太陽能電池，分別是在玻璃基板上以涂布技術制作，再貼合到一

16、起制成串聯(lián)型。制作的串聯(lián)型太陽能電池的截面照片下面的紅色層面向短波長光，上面的褐色層面向長波長光（攝影：GilesEperon）兩層都制成鈣鈦礦太陽能電池的困難在于第二層的制作。此次單層具有14.8%轉換效率、主要支持紅外線的鈣鈦礦太陽能電池的實現(xiàn)，除了使用鉛（Pb）的普通材料外，還采用了錫（Sn）和艷（Cs）。將其用于串聯(lián)型，獲得了20.3%的轉換效率。據(jù)稱，鈣鈦礦太陽能電池，尤其是基于Sn的電池存在耐久性非常短等問題，而此次的制作大幅提高了耐久性。該太陽能電池在100攝氏度大氣壓環(huán)境下4天的實驗中表現(xiàn)出了良好的耐久性。編輯點評：發(fā)展迅速的鈣鈦礦電池，近幾年來一直是太陽能產(chǎn)業(yè)的研究熱點。鈣鈦

17、礦技術具有巨大的潛力，有望在實現(xiàn)和碎化錢一樣高的性能的同時實現(xiàn)比多晶硅電池還低的制造成本。盡管鈣鈦礦太陽能電池還存在諸多問題，但是近年的技術進展已經(jīng)表明，鈣鈦礦光伏技術并沒有難以逾越的原理性問題。該串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池不但效率突破到了一個新高點，而且提高了鈣鈦礦電池的耐久性，使得鈣鈦礦電池的發(fā)展向前邁進了一大步。NO.8石墨烯+光伏太陽能電池雨天發(fā)電不用愁多年來，工程師和材料學家在提高太陽能電池發(fā)電效率、擴大儲電容量上的作為頗多。但是此太陽能發(fā)電仍需要天氣的配合，當碰到下雨或多云的天氣，太陽能電池的發(fā)電效率也隨之大打折扣。中國科學家借助石墨烯成功開發(fā)出一種雨天也能發(fā)電的新型太陽能電池。中國海

18、洋大學（青島）與云南師范大學（昆明）的科研團隊在德國期刊應用化學國際版上發(fā)布研究報告詳細闡述了這項成果，為了使得雨水也能產(chǎn)生電能，研究人員在高效染料敏化太陽能電池表面上覆蓋了一層石墨烯薄膜。在遇水的情況下，石墨烯的電子可吸引正電荷離子，即路易斯酸堿電子理論，這一屬性也可用于去除溶液中的鉛離子和有機染料。原理圖該科研團隊受路易斯酸堿電子理論啟發(fā)，使用石墨烯薄膜來從雨水中獲取電能。要知道，雨水并不是毫無雜質的純凈水，其中含有能分離成正負離子的鹽份，其中正電荷離子主要為鈉離子、鈣離子與氨鹽基。為了巧妙利用這些化學成分，科學家選用了能夠吸引正離子的石墨烯薄膜，在雨水與石墨烯的接觸點上，這些成分會被吸附

19、到石墨烯表面，這層帶正電的離子層會與石墨烯的負電電子作用結合，形成一個電子與正電荷離子組成的雙層結構，能起到電容器一樣儲備電能的效果，雙層間的勢能差足以產(chǎn)生電壓和電流。在測試過程中，科學家們在染料敏化太陽能電池上加了一層石墨烯薄膜，然后把它們放在一種由錮錫氧化物和塑料制成的柔韌且透明的基質上，由此形成的柔韌度高的太陽能電池的光電轉換效率為6.53%,并能從用來模擬雨水的鹽水中產(chǎn)生數(shù)百的微伏特(microvolt)未來太陽能電池的發(fā)展趨向可能是全天候的”唐群委說，但這一研究尚處于概念階段，距離投入商用還需很長一段時間。唐群委還表示，他們未來的研究力度將集中于如何有效控制雨水中的各種離子，以及如何

20、利用雨中那些常見的低濃度離子發(fā)電。編輯點評：夢幻變成真實，雨天也能發(fā)電的太陽能電池，將打破太陽能發(fā)電一直以來的軟肋。在這一點上來說，這項技術毫無疑問是極具開創(chuàng)性的。未來，這項技術在雨量充沛但太陽能資源不夠豐富的地區(qū)、酸雨多發(fā)地區(qū)、以及島礁供電和海上航行等領域都能派上用場。如果未來該項技術能得到持續(xù)發(fā)展，光伏電站將擺脫發(fā)電雨天不能發(fā)電的桎梏，為全球帶來穩(wěn)定的供電。NO.9生物太陽能電池：苔葬居然也能發(fā)電西班牙加泰羅尼亞高級建筑學院的學生日enaMitrofanova提出一項以苔葬為介質的光伏發(fā)電系統(tǒng)，直觀看來，是一組種植苔葬的立面中空模塊化墻磚。立面的苔葬光伏發(fā)電系統(tǒng)在光合作用過程中，植物利用光

21、能把周邊環(huán)境中的二氧化碳和水轉化為有機化合物。（苔葬）釋放的有機化合物進入含有共生菌的土壤，細菌為生存對有機化合物進行分解，這一過程就產(chǎn)生了含有電子的副產(chǎn)品。"Mitrofanova說，"只需為這些微生物產(chǎn)生的電子提供一個電極，這些電子就能被收集且發(fā)電。一個苔葬發(fā)電單位就是一個完整的生物電運行系統(tǒng)，由陽極生物材料（苔葬）、陽極、陰極、陰極催化劑、允許正電荷（主要是質子）從陽極生物材料向陰極轉移的"鹽橋組成。陽極即水凝膠和導電碳纖維組成的無土基質，水凝膠是一種可吸收其自身重量400倍的水分的聚合物，能與苔葬濕度互補。發(fā)電系統(tǒng)中物質均不會破壞苔葬的代謝運動。將苔葬電池

22、設計成具有伸縮性的系統(tǒng)，可應用于城市地區(qū)是Mitrofanova的目標之一。苔葬光伏電池的組織形式有并聯(lián)和串聯(lián)電路兩種，可安裝在建筑物的外墻。編輯點評：相對于其他的技術，該生物太陽能電池目前的研究并不是那么的有震撼性，但是通過光合作用來實現(xiàn)太陽能發(fā)電的想法得到了實踐。而且，相比于硅制成的太陽能電池，使用生物材料制成的太陽能電池來捕獲光能更具優(yōu)勢，其生產(chǎn)成本更低，且具有自我修復、自我復制和可生物降解的功能。雖然目前該苔葬發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量還十分有限，但是隨著未來科技的發(fā)展，該項技術將很有可能將成為人類的可行選擇。No.10新太陽能技術發(fā)電效率吊打薄膜太陽能如今，太陽能技術已取得突飛猛進的發(fā)展，薄膜太陽能發(fā)電效率已高達31%,聚光太陽能技術也已日漸成熟。然而，現(xiàn)有太陽能技術也有其技術瓶頸，發(fā)電效率始終在30%左右徘徊，但這種局面即將為新的技術所打破。日前，美國普渡大學的研究者們通過將現(xiàn)有多種太陽能技術混搭，構建一個混合系統(tǒng)，將太陽光利用效率提升至50%。通過技術混搭，普渡大學的研究者們創(chuàng)造了一個全新的概念，它混合了現(xiàn)有三種太陽能技術，分別是PV、