在当今能源日趋紧张、环境压力日趋增大的情况下,可再生能源受到各国政府的日益重视,太阳能作为一种重要的可再生能源,其开发和利用已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门,尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用,以节省造价很贵的输电线路。目前,我国可再生能源规模只有8%,未来的发展空间十分广阔。而作为21世纪最有潜力的能源,太阳能产业在研发、产业化、市场开拓方面都取得了长足的进展,太阳能电池产业也成为世界快速、稳步发展的朝阳产业之一。
据Dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。2005年以来,全球太阳能电池市场供不应求,在国际大环境的影响下,全球市场需求增长,尤其是欧洲市场的爆发性增长,这给中国太阳能光伏行业带来了巨大的成长空间。
随着太阳能市场的爆炸式增长,伴随太阳能市场发展的太阳能电池转换效率也一直是业内争相研发的一个焦点,近期德国的肖特太阳能公司采用PERL单元的部分构造,实现了多晶硅太阳能电池迄今最高的模块转换效率:17.6%,超过了日本京瓷公司2010年2月公布的17.3%。这两个值都是基于采光面积算出。
构成肖特太阳能模块的单元转换效率最高为18.2%。该模块在沿用PERL单元背面主要构造的基础上,又采取了使晶圆与电极间形成氧化膜,同时令电极与晶圆部分接触等措施。该模块的这种构造是以现有的丝网印刷形成的,比较容易实现量产。因此,此次模块采用的这种单元,快的话在2011年就可以量产。
效率超过20%的CIGS型
在提高转换效率方面,相对于先进的结晶硅型太阳能电池,“近来转换效率大幅提升,能与结晶硅决一胜负”(曾任EUPVSEC副主席的东京工业大学太阳发电系统研究中心主任小长井诚语)的是CIGS型太阳能电池*。就在EUPVSEC举行之前的2010年8月,德国研究机构ZSW以小面积实现了20.3%效率的成果,获得了太阳能电池相关人士的高度评价。
*CIGS太阳能电池:指由铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)四种元素组成的太阳能电池。而由铜、铟、镓、硒、硫(S)5种元素组成的,称CIS太阳能电池。
今后,从小面积基板向约30cm见方的子模块,并进一步向可与量产品匹敌的大面积基板的过渡和技术转移的过程中,如何维持效率是关键。关于其中的子模块,日本SOLARFRONTIER公司已经在30cm见方的基板上形成了CIS类太阳能电池,并实现了16.29%的转换效率。该公司称其2010年3月发布的超过16%的“子模块具有世界最高效率”。
SOLARFRONTIER公司在该模块上,尝试了增加光吸收层的厚度来提高转换效率。但存在随膜厚的增加其阻抗也增大的课题。因此,优化了光吸收层形成时的硫化工序,提高了结晶品质,抑制了阻抗的增加。并进行了以蚀刻削减于发电无益部分的面积,优化单元的设计等改进。
据称,此次手段的进一步延伸,可将子模块的转换效率提高至17%。除进一步增厚光吸收层、将蚀刻的幅度细化至约100μm外,还考虑优化光的反射及透射等光的控制技术。子模块的的效率实现17%之后,将充分利用这些技术,实现2014年投产采光面积内的转换效率提高到15%的产品的目标。
柔性CIGS的效率为17.6%
除此而外,CIGS太阳能电池还在柔性基板上刷新了效率记录。富士胶片和日本产业技术综合研究所(AIST)共同发布了在铝柔性基板上形成CIGS太阳能电池的成果。在0.486cm2的小采光面积单元上得到了17.6%、在72cm2采光面积单元(10cm见方的子模块)上得到了12.5%的转换效率。
作为柔性基板上的CIGS太阳能电池,迄今已报告过美国GlobalSolarEnergy公司在金属箔上实现的转换效率13.2%、ZSW在树脂薄膜上的7.5%等成果。但因金属箔存在难以确保电气绝缘、树脂薄膜存在无法耐受高温工艺的课题,所以难以进一步提高转换效率。
富士胶片通过在Al箔上以阳极氧化法形成Al2O3)层,开发了兼具金属箔的耐热性和树脂薄膜的绝缘性的基板,使上述成果得以实现。今后该公司计划在提高转换效率的同时,还将试制更大的子模块。