清华大学宁存政：新型高效低成本太阳能电池解析
2017-08-04 14:39:13
摘要：清华大学电子工程系教授，中组部“千人计划”学者宁存政在“全球光伏行业趋势及机遇分析”分论坛上作了《新型高效低成本太阳能电池解析》主题演讲。
以下为宁存政演讲文字实录：
宁存政：谢谢大家。非常感谢主办方给我这个机会，有机会跟光伏界的领袖和企业界或者是产业界的同行进行交流，我讲的内容可能跟今天早上大部分的内容不太一样内容不是现在有产品的东西，今天早上几位都讲过，虽然近几年成本大幅降低，但降低的速率慢下来了，将来某一天，我们把现有的潜力挖进的时候，我们需要新的技术跟进，保持我们的领域的整个的势头。
作为在大学，我们研究一些未来的技术，这个图大家已经看过几次了，目前太阳能电池效率和时间以及发展历史，主要四大类，一个是单晶多节太阳能电池，然后单晶硅，然后薄膜电池，然后新型电池，这个新型电池的斜率高多了。
底下的这个是廉价的，低效型的，大家可以看到，薄膜单晶硅这些技术，大时候属于一种相对效率比较低，但成本也比较低的技术。相对的呢，我们有多节聚焦技术，这个技术的成本效率非常高，大概40以上的效率，那么相应的成本也比较高。我们过去10年，我们努力的或者工作研究的重点，在这块有没有可能发展出新的技术来？这也就是说我们的高效，有没有高效、低成本的组合？我们这个低成本呢，跟高效率通常是个矛盾的东西，大家很清楚，那么就是说对我们研究的角度来说，有没有低成本的办法，成长出一种高质量，满足多结太阳能电池要求的材料？
上面生长的所有的层，跟底下的基底要匹配，那么任何的不匹配都造成非常大的质量和效率的问题，那么成本的这个主要的大致有两点，一种是需要非常高质量单晶材料，另外这种技术目前的成本还是太高，过去刚开始几十年主要用在空间、卫星什么东西，现在开始大型电站也在用，成本我就不去再仔细讲了，我刚才讲的太阳能电池在竖直方向堆起来，道理很简单，就是说跟刚才竖直方向不一样，现在横方向摊开，我需要色散光学，这样的话，我如果在不同的带隙的半导体吸收材料吸收不同波长，可以达到跟竖直波长一样的效果，但不同的地方，这个时候我不需要把不同的能隙宽度材料堆到一块儿，这样的话对生长的要求相对要弱多了，第一次很早了，一九八几年，几十年了，近几年有各种各样不同的做法，怎么把不同的光在空间给分开不同地方去吸收，这是一个原则。最近有些效率还不错的做法，那么问题是什么呢？为什么这个概念几十年没有得到非常大的重视和注意力呢？主要一点，光学部分比较简单，现在有非常便宜的光学，做得效率非常高，问题就是这种我们需要横向材料，我们不可能在一个单一基底上长出能隙不同的材料，那么怎么做呢？找一块硅，然后从分别不同的基底上剥离，转到一个平台上，大家也可以想像，做工艺、做加工的人都知道，过去几十年主要停留在研究阶段，没有真正的企业起来。我们最近大概八九年、十年研究的重点，有没有一种本身，避免剥离、转移的昂贵过程。核心细节之一，有没有低成本的办法，可以生长横向多节电池需要的高性能吸收材料，我们用一种比较薄膜生长的办法，我们需要的多能隙的半导体一次生成。
我们从左到右变核心组分，本真发光，每一个地方不同能隙的宽度，你可以通过分光以后，可以把分光的波长位置和吸收位置匹配起来，我们做了几十个点的硬光谱，质量非常好。
我们可以用硅，或者其它的，更便宜的，然后我们长一些柱状的桢列，基本上什么材料，有一不中普适的基底。是第二点技术的关键。
那么概念上怎么做？比如生长一个基底，事先图形化，我们根据光学的要求，色散以后，做横向的多极多个正负电极在横方向做，最近我们有一个，我们把色散聚焦的光学和我们这个电池吸收材料整个集成起来，我们最近设计的整个的厚度大概到几个厘米，这样你可以看跟通常的聚焦电池的结构非常不一样，做成非常薄的一种，普通的平板太阳能电池板看起来差不多，但是是高聚焦的电池。各个部件已经做出来了，按照目前的三节电池优化后的率，可以和多节电池差不多的程度。
我稍微总结一下，我们的优势，低成本的原因和高效率的原因，不需要高成本的单晶基底、不需要昂贵的薄膜外延设备、不需要昂贵的前驱材料，材料生活过程和薄膜相当，所有加工工艺过程和薄膜电池相当。高效率就在于吸收半导体为高质量的单晶材料等等图上这些，我们的口号和目标，有没有一种薄膜的成本和多节的效率，这是我们的口号和目标，谢谢大家。(能源新闻网)
