更新消费观念,助力太阳能电池产业“阔步向前”
时间: 2017-08-11 来源:《千人》杂志
提要:如果精湛的技术没有得到更好地应用,那就是很严重的浪费。与国外相比,我们的科普教育是比较欠缺的,希望国家能重视科普工作,让更多人了解太阳能电池,愿意去利用清洁的太阳能。

更新消费观念,助力太阳能电池产业“阔步向前”

 

/本刊记者 鲁婷婷

方方正正光滑的一大块,立在毒辣的太阳光下,似压缩饼干又像巧克力块,仔细观察表面还附有一些横竖状的白线条,它能把太阳光“吸收”,转变为电能,这就是太阳能电池。

谈到太阳能电池,它的发展史可追溯到1883年,美国科学家Charles Fritts研发的第一个硒制太阳电池。时隔一个多世纪,如今的太阳能电池发展情况如何?我国的太阳能电池产业化面临着怎样的难题?本期《千人》杂志邀请太阳能电池研发的一线科研者刘正新博士接受采访,深入解读太阳能电池的相关问题。

       太阳能电池知多少?

太阳能电池、太阳电池、光伏电池实际上都是披着不同外衣,却有着同一张面孔的半导体部件,都是由solar cell译过来的不同名词,本质上是指同一种电池。

刘正新介绍,目前他所带领的团队,研发的太阳电池转换率比常规太阳电池高(常规的晶体硅太阳能电池转化率约为20%,他的团队研发的达到23%左右),且研发技术比较先进。常规的晶体硅太阳电池是以晶体硅片为基础,用半导体的扩散技术在表面形成pn结(采用不同的掺杂工艺,在P型半导体表面形成N型层,或者在N型半导体表面形成P型层),利用半导体的光电效应发电。他的团队研发的太阳能电池采用的是薄膜沉积技术,在晶体硅的表面沉积非晶硅薄膜、透明导电薄膜,做成晶体硅/非晶硅的异质结构,且两面对称,具有双面发电效应。

刘正新表示,高效率硅异质结太阳能电池研发的核心技术是薄膜沉积和界面控制技术。他介绍,早期我国在硅异质结太阳电池技术研发方面是比较落后的。该技术最早是日本人研发成功,欧美紧跟其后,我国虽然投入了一些人力、物力和财力,但效果甚微,不太理想。2011年,科技部启动了该技术的“863计划”项目。

由于受到政府的高度重视和大力支持,近几年我国硅异质结太阳电池的核心技术研发水平已逐步接近国际研发先进水平。据刘正新介绍,目前他所带领的团队研发的硅异质结太阳电池技术正处于从实验室走向市场的新发展时期,且已经对社会公开了很多技术要点,申请了一些专利,指导并培育了一批太阳电池以及设备和原材料企业,推动了硅异质结太阳电池产业化进程。

2016年年底,法国建成并开通了全球首条太阳能电池板公路Wattway,该公路全长1公里,共由2800平方米的发电板覆盖,项目造价500万欧元。太阳能公路每天产生的电量受天气和季节影响,预计平均每天产电量767千瓦/小时,夏天最高可达1500千瓦/小时,每年可产生280兆瓦/小时的电量。对此,国际上讨论很热烈,众说纷纭,有支持声也有批评声。

法国太阳能电池公路,靠谱吗?

从专业的角度来看,刘正新不赞成我国拟建太阳能电池公路。他认为这是对太阳能电池应用的误解,因为一般太阳能电池为了追求较高的转换率,会使用玻璃、树脂做表面,这些材料都很光滑,用来铺建太阳能电池公路,存在行车安全隐患;且汽车行车途中的影子会遮挡部分太阳能电池公路,使光能分布不均,影响光电转换率;众所周知,汽车的轮胎和排放的尾气很“脏”,很容易弄“脏”太阳能电池公路的路面,也影响光电转换率。

根据我国的实际情况,刘正新提议可以在高铁和高速公路的防护栏、隔音墙、防护网上装上太阳能电池,或者直接做成光伏围栏、防护网等,这样既起到保护作用也可以提供电能,相比太阳能电池公路,这种做法更符合我国国情。

   “白手起家”组建太阳能电池研发实验室

2010年,在日本学习工作17年后,刘正新入选国家“千人计划”,携全家回国,在中科院上海微系统所组建了太阳能电池研发实验室。“可能是我比较幸运,遇上了好时机,回国后,整个工作过程都比较顺利,没有遇到超出想象的大障碍。”刘正新回忆筹建实验室的日子感慨道。

从硬件上讲,刘正新团队从研究所获得了比较大的实验场地,内部的工作环境也很好,整体的科研硬件条件都很不错,这是难能可贵的;从软件上讲,刘正新团队先后获得了科技部、中科院、上海市以及企业项目的经费支持,没有为科研经费发愁。刘正新没有从国外带回团队和科研者,现在的团队都是回国后,通过各种引才途径引进的。团队内部成员一直都比较稳定,大家聚集在一起,通过磨合、培训以及努力,目前配合得比较默契。

采访间隙,刘正新说:“这段时间上海的温度很高,研究所里都放高温假,由于我们团队承接了一些科研项目的样品需求,任务较重,所以不但没有放假还在加班。”

目前,刘正新的团队主要负责两方面的工作:一、研究先进的太阳能电池技术,解决关键问题;二、培育良好的太阳能电池产业发展环境(即技术人才和公众对太阳能的认知),太阳能电池产业化要具备相关的原材料和设备,我们团队与企业联合,在技术上支持企业研发相关的原材料和设备,为产业化奠定良好的基础。

对比国内外的科研工作经历,刘正新感触良多:国外对基础科研会有长期的布局,科研者可以专心的研究;国内的科研项目,希望一投入短期内就可以见成效,最好能做到立竿见影,其实这样不利于科学技术的长期发展。科研者研发的部分科研成果是需要反复验证、论证的,有时迫于压力就会立马发表,紧接着就会被催着产业化,这使得原本可以深入研究的科研项目收到影响,没有完全发挥作用。总体而言,国内的科研工作利益驱动型还是很强。

他建议,国家管理者改进评估、衡量科研成果的方式或手段。同时,科研者自身提高意识,为科研而科研。

      传统的消费念牵制太阳能电池产业化

21世纪初,中国大陆太阳能电池组件产量只占全球11%,后来光伏产业奇迹般爆发,经历了名副其实的野蛮生长,产量连续多年全球第一,出现了产能过剩的问题。刘正新认为,不仅是光伏产业,我国很多产业像LED灯等,都是这种粗犷式的发展,一旦某个行业有一点好的苗头,大家都一拥而上,造成产能过剩,资源浪费。其实,产能过剩是制造行业的通病,光伏产业表现出的问题只是一个缩影。

目前光伏产业,同质化竞争激烈,模仿性很强,技术弱,针对存在的问题,国家各部门都在努力引导,促进企业间技术竞争,使光伏产业走上健康发展的道路。刘正新介绍,中国的太阳电池产业从2000年开始起步,发展到目前的全球第一,不仅是产能、产量的扩大,而且在技术方面进步非常明显。过去,欧美国家对我国实行多晶硅的封锁,后期由于技术的进步,突破了封锁,且在国际上占领了一席之地。经济的发展离不开能源,能源的可持续发展离不开清洁能源,清洁能源中就包括了太阳能,所以,未来中国光伏产业的发展是必然的,虽然这期间产业内波动会很大,资源浪费会较严重,但技术必然是会不断的提升,市场也会不断的扩大。

刘正新表示,国内光伏的应用和市场做得还是很不错的,今后应结合中国的特点和偏远地区居民的需求,更好地帮助他们解决用电问题。比如:在推广方面,我们一直追求高的转换率,安装大规模的光伏电站,还没有考虑一些偏远地区的合理用电问题。其实太阳电池的优点之一就是“随发随用”,如果能用上太阳能电池,就地解决用电问题,对偏远地区的居民来说是经济又方便的电力供应方式。

在刘正新看来,如果将来要大规模的推广太阳能电池,就必须通过科普教育让国民了解到清洁能源的好处,更新消费念,改变消费方式。在这一方面我们需要做的工作还很多,不仅是企业要去推广、宣传,学校的教育也是必不可少的,要引导学生从小就对清洁能源有一定的认识。如果精湛的技术没有得到更好地应用,那就是很严重的浪费。与国外相比,我们的科普教育是比较欠缺的,希望国家能重视科普工作,让更多人了解太阳能电池,愿意去利用清洁的太阳能。

现在乡下的太阳能热水器倒是随处可见,使用人群广泛,实实在在为国民带来了便利,改善了群众生活质量,人们很容易就能洗个热水澡。但是太阳能电池却尚未走进寻常百姓家,主要还是国民对太阳能认识不够,没有看到太阳能电池带来的实质性效果。

产能过剩不是当下太阳能电池产业化面临的百害而无一利的问题,从长远的角度看,科普和教育的欠缺才是未来太阳能电池发展的瓶颈。所以,后期的科普教育必须跟上,同时应该结合国情利用光伏解决民生问题,惠及更多偏远地区的农民,让他们真实感受到科技带来的便利。

刘正新,国家“千人计划”专家,中国科学院上海微系统与信息技术研究所新能源技术中心主任


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