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太阳能光伏电池新技术一览

2015-04-20 点击数:1241
不管是何种太阳能电池的研发与创新,提高太阳能电池转换效率、降低太阳能光伏电池生产成本是所有电池生产企业及研发机构关注的核心问题。
现阶段,太阳能光伏电池行业传来不少新型电池成功研发的喜讯,既有工艺技术上的变革、也有制造材料上的创新。真可谓是百花齐放、百舸争流。下面给大家总结一些最新的太阳能光伏电池研发成果,让感兴趣的朋友们能更深入的了解到现今的太阳能光伏电池技术的发展。
1.喷墨打印技术降低铜铟镓硒太阳能光伏电池
传统的太阳能光伏电池生产技术通常非常耗时,并且需要使用昂贵的真空系统和有毒的化学物质。使用气象沉积沉淀化合物,如铜铟镓硒(CIGS),会损失大量昂贵的材料。俄勒冈州立大学的工程师首次研发出一种通过喷墨打印技术制造铜铟镓硒太阳能光伏电池的方法。这个方法可以减少90%原材料损耗,大幅降低了使用昂贵化合物生产太阳能光伏电池的成本。
研究者发明了一种墨,能够将黄铜矿打印在基片上,打印出的成品能量转化效率为5%。虽然,这个转化效率还无法满足商用,但研究者表示他们在接下来的研究中有望将转换率提高到12%。
工程师们正在研究其他更为便宜、可用于喷墨技术的化合物。他们称,如果这些材料能够降低足够的成本,直接在屋面材料上安装太阳能电池将成为可能。
2.单晶多晶混合太阳能光伏电池
中国太阳能电池生产商尚德电力(SuntechPower)研发出新型混合太阳能光伏电池,可以有效降低太阳能光伏发电成本10%到20%。这种电池由70%的单晶硅和30%的多晶硅构成。单晶多晶混合硅片的造价成本只是传统单晶硅硅片的一半。由于硅片只占太阳能总体成本的一部分,所以从整体上来看,有助于降低太阳能发电成本10%-20%。
尚德电力首席技术官StuartWenham表示,将很快实现该产品的规模化生产。
3.全光谱太阳能光伏电池
近日报道,加拿大科学家表示,他们研发出了一款新式的全光谱太阳能光伏电池,其不但可以吸收太阳发出的可见光,也可以吸收不可见光,从理论上讲,转化效率可高达42%,超过现有普通太阳能光伏电池31%的理论转化率。研究发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。
此款基于胶体量子点(CQD)的高效串接太阳能光伏电池由加拿大首席纳米技术科学家、多伦多大学电子与计算机工程系教授泰德·萨金特领导的科研团队研制而成。论文主要作者王希华(音译)表示,该太阳能光伏电池由两个吸光层组成:一层被调制用于捕捉太阳发出的可见光;而另外一层则可以捕捉太阳发出的不可见光。
萨金特希望,在5年内,将这款新的分级重组层太阳能光伏电池整合入建筑材料、手机和汽车零件中。
4.量子阱太阳能光伏电池
在西雅图举行的第37届IEEE光伏专家会议上,MagnoliaSolar的首席技术官RogerE.Welser博士做了有关InGaAs量子阱太阳能光伏电池的报告,MagnoliaSolar刷新了该类太阳能光伏电池的电压记录。
“通过把窄带隙量子阱嵌入宽带隙材料中,量子阱结构太阳能光伏电池吸收光谱更宽,同时吸收高能光子的能量损失更小。”MagnoliaSolar的董事长兼首席执行官AshokK.Sood博士表示,”单结量子阱太阳能光伏电池在非聚光条件下的理论转化效率高达45%。”
5.可挠式非晶硅太阳能光伏电池
日本媒体近日报导,TDK已研发出一款可挠式太阳能电池,藉由光学设计的改良,该款太阳能光伏电池在屋外阳光下的转换率已自现行的4.5%提升至7%的水准,TDK并计画于今(2011)年夏天透过甲府工厂量产该款太阳能光伏电池。据报导,该款太阳能电池为采用薄膜基板的非晶硅(amorphoussilicon)太阳能光伏电池。
报导指出,目前TDK的太阳能光伏电池产品主要应用于手表上,惟随着上述新产品进行量产,TDK今后也计画积极抢攻需求日益扩大的智慧卡及采用电子纸的电子书阅读器市场。
6.三菱化学窗帘衣物制作太阳能电池
在有望成为”新一代太阳能电池”的”有机薄膜太阳能电池”领域,实现了世界最高的9.2%能源转换效率。三菱化学的有机薄膜太阳能光伏电池的特点是,可利用印刷技术进行高效生产。不久的将来,也许房间的壁纸、窗帘、汽车车身以及衣服等都能实现太阳能发电。
有机类太阳能电池物如其名,是以碳等有机物为材料的太阳能光伏电池。目前大致可分为”色素增感型太阳能光伏电池”和”有机薄膜太阳能电池”两种。三菱化学研究开发的是后者。有机薄膜太阳能光伏电池采用易于采购的原料,与以往的结晶硅太阳能光伏电池相比,可大幅降低生产成本。另外,还具备薄型、轻量、可弯曲等特点,应用范围广泛,能够加工成多种形状。
此前有机类太阳能光伏电池存在的课题是,能源转换效率只有5%左右,产品寿命短。因此,为进一步提高能源转换效率和产品寿命,众多企业和研究机构展开了激烈竞争。在这种情况下,三菱化学发布了”能源转换效率达到9.2%”的试制品。 #page#
7.厦大研发新型太阳能光伏电池
厦门大学物理与机电工程学院康俊勇教授课题组日前成功研发出以氧化锌和硒化锌两种宽带隙半导体为材料的太阳能光伏电池,从而大大稳定其性能并延长使用时间。据悉,这是国际上首次实现了宽带隙半导体在太阳能光伏电池中的应用。
近期,英国皇家化学学会的《材料化学》杂志发表了这一成果,在国际上引起广泛关注。美国《科技日报》等十多个科技网站对该项成果进行了报道和转载。
据介绍,所谓宽带隙半导体,一般是指室温下带隙大于2.0电子伏特的半导体材料。从物理学上来讲,带隙越宽,其物理化学性质就越稳定,抗辐射性能越好,使用时间也越长。但与此同时,带隙宽却存在对太阳光的吸收较少,光电转换效率低的缺陷。受制于这种”致命缺陷”,宽带隙半导体材料以往在太阳能电池中不用作发电的关键结构,而仅用作电极。
8.柔性太阳能电池
2011年6月9日物理学家组织网站报道,杜邦卡普顿(DuPontKapton)无色聚酰亚胺薄膜(polyimidefilm)是一种新材料,目前正在开发,作为柔性基质,用于碲化镉(CdTe:cadmiumtelluride)薄膜光伏(PV)模块,现在,能源转换效率上已经创造了新的世界纪录。瑞士联邦材料科学与技术实验室有一个小组,已展示了13.8%的转换效率,他们使用了这种新的无色薄膜,刷新了他们过去12.6%的纪录,并接近使用玻璃的纪录。
卡普顿聚酰亚胺薄膜薄了100倍,轻了200倍,这是对比通常使用的光伏玻璃而言,因此,就有一种先天的优势,可以过渡到基于柔性薄膜而不是刚性玻璃的碲化镉系统。高速而低成本的卷到卷沉积技术(roll-to-rolldepositiontechnologies)可用于高通量(high-throughput)制造柔性太阳能电池,采用聚合物薄膜(polymerfilm)作为基板就可以。新的聚酰亚胺薄膜意义重大,潜在地说,可带来更轻更薄的柔性光伏组件,更容易处理,成本更低就可以安装,这使它可以理想地做一些应用,包括建筑一体化光伏应用。
9.索尼染料敏化太阳能光伏电池
在”2011年中日绿色博览会”上,众多的日本企业全面展出了环保科技、环保产品和环境管理方面的先进实践。作为全球首家提出环境”零负荷”目标的跨国公司,索尼在染料敏化太阳能光伏电池等新材料、新能源、节能、净化等领域的诸多尖端环境技术,成为此次展示的一大看点。
染料敏化太阳能光伏电池的主要材料采用染料分子而不是硅,通过染料分子吸收光能转换为电能。生产上可以采用涂布印刷等简单工艺,对环境影响轻微。很容易实现颜色变化和多样的设计。索尼公司研发的染料敏化太阳能光伏电池模组试验机的光电转换效率是世界最高水平(经验证达到9.9%)。
10.深港合作研发新一代太阳能光伏电池
香港中文大学与中国科学院深圳先进技术研究院合作,前不久成功研发出光电转换效率达17%的铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能光伏电池,领先全国,比肩世界顶级水平。
CIGS电池以价格低廉的玻璃、塑胶、金属箔片作为基底,再镀上1/200毫米的多层薄膜材料组成可在阴天及散射光下发电,适用于高楼林立的城市环境,比传统的晶体硅太阳能光伏电池薄98%,成本降低一半,被称为”下一代非常有前途的新型薄膜太阳能光伏电池”。
此次深港合作研制的CIGS电池,纤薄易携,性能稳定,既适用于给屋宇楼顶及建筑外墙发电,也可植入手袋及背包等个人物品实时为电子产品充电,还可用作航天及军用电子设备电源。据专家介绍,如果在屋顶上铺10平方米CIGS电池每日可供5至6度电,足够提供4人家庭一日之用。如果是面积为10cm×10cm的CIGS电池,在阳光充足的条件下,为一部手机充满电只需2至3小时,价格预计为30港元。而且CIGS电池耐用度可达20年,保养简单,只需偶尔抹拭电池表面便可。
11.日欧共同开发集光型太阳能光伏电池
日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)宣布,日本和欧盟(EU)将携手开发单元转换效率达到45%以上的集光型太阳能光伏电池。日本和欧盟6个国家的产学官研究机构将参加此次开发。研发期间是截至2014年的约4年时间,预算规模预计为日方出资6亿5000万日元,EU出资500万欧元(约合6亿日元)左右。
日本方面,丰田工业大学教授山口真史为研发负责人,夏普、大同特殊钢、东京大学以及产业技术综合研究所等参与开发。EU方面,西班牙马德里理工大学(TechnicalUniversityofMadrid)的AntonioLuque为研发负责人,德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(FraunhoferInstituteforSolarEnergySystems)、英国伦敦帝国学院(ImperialCollegeLondon)、意大利国家新技术能源和可持续经济发展局(ItalianNationalAgencyforNewTechnologies,EnergyandSustainableEconomicDevelopment)、西班牙BSQSolar,SL.、德国PSEAG以及法国FrenchNationalInstituteforSolarEnergy参与开发。旨在实现45%以上单元转换效率的具体研发项目包括:新材料和新构造的开发、单元和模块的开发及评测、集光型太阳能光伏电池测量技术相关的标准化活动等。
12.石墨烯制备新型高效太阳能光伏电池
石墨烯的电子迁移率是硅的100倍,具有卓越的强度和透明度,97.7%的光可被传输,是一种理想的电极材料。
极高的电子迁移率使石墨烯具有理想的条件,电子穿过石墨烯时,大约有100倍的迁移率,这是对比硅而言,石墨烯还具有卓越的强度,而且事实上,它几乎是透明的(2.3%的光可被吸收;97.7%的光可被传输),这些都使它成为理想的候选材料,可用于光伏领域,超薄透明石墨烯膜就可替代金属氧化物电极。因此,它可能是一种很前途的替代材料,可替代铟锡氧化物(ITO:indiumtinoxide),铟锡氧化物是目前标准的透明电极材料,石墨烯用作电极,可用于液晶显示器,太阳能光伏电池,iPad和智能手机使用的触摸屏,以及有机发光二极管(OLED)显示器,这种显示器用于电视和计算机。
通过以上的太阳能光伏电池技术发展可知,不管是何种太阳能电池的研发与创新,提高太阳能电池转换效率、降低太阳能光伏电池生产成本是所有电池生产企业及研发机构关注的核心问题。我相信随着技术的不断进步、电池生产规模的逐渐扩大,必会促使太阳能光伏电池的生产成本进一步降低。那么未来终将使得光伏组件价格持续下降,平价上网也将有望早日实现。

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