2016年太陽能光伏行業十大前沿技術

OFweek太陽能光伏網訊：近來，我國東北地區嚴重的霧霾問題引發了全民吐槽。而在人們爭相吐槽的同時，如何快速發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，經過多年來的快速發展，太陽能發電已經成為了全球最便宜的能源之一。但是儘管如此，相對於火電等傳統能源來說，太陽能發電的成本依然較高。那在霧霾肆虐之下，太陽能發電又靠什麼來降低發電成本，挑起可再生能源取代傳統化石燃料的重任，還天空一個蔚藍呢？

俗話說，技術創新是第一生產力，太陽能發電想挑起重任，就必須要通過不斷的技術創新來降低發電成本。追本溯源，從長遠發展來看，太陽能發電成本的降低主要依靠的是電池效率的突破。而令人欣慰的是，2016年太陽能行業的科研人員們並未讓人失望，他們用一次又一次的技術突破證明了太陽能發電的良好前景。

本篇文章，OFweek太陽能光伏網將為大家盤點光伏行業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太陽能電池組件 效率達36％！

2016年2月16日，松下宣布推出創新型高效太陽能電池板，HIT N330 和N325光伏組件。

該創新型異質結電池結構由單晶硅和非晶硅（無定形硅）層構成。據報道，松下HIT系列電池與傳統太陽能電池尺寸相同，但能效居於行業領先。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，相比於傳統60片電池而言，不浪費空間，高溫情況下性能表現更好。並且，此新型太陽能電池組件幾乎適用於所有的住宅應用，每平方英尺產能高達36％，能極大降低系統安裝成本。

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電，比傳統晶體結構能效更高。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，可避免積水或變干後的水漬，減少能源輸出耗損效率。

編輯點評：該電池組件亮點在於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，這樣的細節優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的東西。該電池組件的推出對整個太陽能光伏行業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）宣布研製出轉換效率為22．6％的CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池。轉換效率超出日本製造的電池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，屬於測試電池標準大小。研究所的研究人員通過提高優化生產工藝提升了電池效率性能。具體就是CIGS表面的沉積後處理，將金屬化合物摻入到該層。

銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池效率在過去三年比過去15年增長還多。由於效率提高，其發電成本快速降低。

近年來薄膜光伏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佔據了光伏市場多年的硅基解決方案的有力競爭者。

據悉，在未來的幾個月里，ZSW將與業界的合作夥伴Manz合作，將這一最新技術從實驗室輸出走進工廠。Manz總部位於德國羅伊特林根，提供CIGS薄膜太陽能電池組件交鑰匙生產線。

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內研究的重點。而CIGS太陽能電池作為一種發展相對成熟的薄膜技術，其背後的潛力巨大。目前，CIGS組件生產成本已經低至和硅技術差不多。參照這幾年的發展速度，在未來的幾年，CIGS光伏技術很有可能趕超多晶硅技術，帶領薄膜光伏強勢崛起。

No．3 Alta Devices雙結太陽能電池效率創紀錄達31．6％

Alta Devices宣布其砷化鎵太陽能光伏刷新世界紀錄，該公司生產出效率高達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％，此後不久，該紀錄被NREL趕超，然而Alta重新再次刷新世界紀錄。

Alta Devices通過多項突破性技術來使用砷化鎵製造太陽能電池片，在單結太陽能技術領域實現了世界最高能效。此次，阿爾塔推出的全新雙結技術建於之前的單結技術基礎之上，使用了磷化銦鎵作為基底之上的第二個吸收層。相比單結設備，磷化銦鎵利用高能光子的效率更高，所以在等量太陽光下，新的雙結技術產生的電量更多。該公司的太陽能效率已經獲得能源部的國家可再生能源實驗室（NREL）測量和認證。

Alta現在保持單結雙結砷化鎵薄膜太陽能電池技術世界紀錄。但是還面臨將此實驗室研究技術創新投入到批量生產的挑戰。

編輯點評：2015年，中國的漢能薄膜將美國Alta Devices公司收為旗下，當時Alta Devices掌握的砷化鎵（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，其雙結電池片的發電效率已達30．8％。而經過一年的技術資源整合，Alta Devices的電池技術再次爆發，將雙結電池片的發電效率提高到31．6％。而更讓人興奮的是，Alta Devices的單結砷化鎵薄膜太陽能電池已經開始量產。可以預見的是，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太陽能系統研究所（ISE）與奧地利公司EV Group（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，Fraunhofer ISE和EVG的研究員透過直接外延片接合（direct wafer bounding）工藝將微米級的三五族半導體材料轉換為硅材；經電漿活化後，外延片表面的次電池（subcell）將呈現真空狀接合，使三五族次電池表面的原子與硅原子緊密接合，形成以硅材為基礎的次電池。

而透過堆疊磷化銦鎵（GaInP）、砷化鎵（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。Fraunhofer ISE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％，並由Fraunhofer實驗室檢證完成。

編輯點評：在目前已大規模商業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，讓業內人士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的那一天。

NO．5 弗勞恩霍夫聚光光伏組件效率創新高 達43．3％！

弗勞恩霍夫ISE在2014年創造新的太陽能電池效率之後，宣布使用聚光光伏（CPV）技術的太陽能電池組件效率再次刷新世界紀錄。據位於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ISE Andreas Bett博士表示：＂此項新技術創造了聚光光伏技術新的里程碑，展現出其工業應用的潛力。＂

聚光光伏技術經常使用多結太陽能電池。CPV技術廣泛應用於太陽輻射大的地區。2014年，弗勞恩霍夫及其合作夥伴法國Soitec公司及其法國研究機構CEA－Leti，創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電技術的發展向來引人注目，其光電轉換效率理論上可達70％。近年來，聚光光伏技術創造的光電轉換效率屢創新高，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的話，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％

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Alta Devices曾創下了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Mark Keevers和Martin Green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，新設備並未＂作弊＂，而是在正常光照條件下取得的這一成績。

UNSW的Mark Keevers展示手上的裝置

新裝置由嵌入稜鏡的四片迷你模塊結合而成（大小為28cm2），當陽光照射稜鏡的時候，會被分成四段輸入四聯接收器，從而增加了可從陽光中獲取到的能量。

新裝置的工作示意圖

在玻璃稜鏡的一側，是一片硅光電池（silicon cell）；在另一邊，則是三結太陽能電池（triple－junction solar cell）。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：＂業界多年來一直未能達到這一效率水平，而近期德國Agora Energiewende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％並走入家庭應用＂。

Keevers在一篇聲明中稱：＂通過讓每一束光線產生轉化成儘可能多的能量，對於降低太陽能發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，由於結構太複雜、量產成本過高，當前的原型裝置並不適合在屋頂上大規模應用。所以該項技術未來想要形成發展，還需要降低複雜程度，並減少邊際成本。

No．7 英美大學開發串聯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，利用塗布技術製作的串聯型鈣鈦礦太陽能電池實現了20．3％的高轉換效率，並且該電池具備高耐久性。預計將來轉換效率有望超過30％。論文已發表在學術雜誌《科學》上。

串聯型太陽能電池，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。

現有的串聯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塗布技術製作，再貼合到一起製成串聯型。

製作的串聯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：Giles Eperon）

兩層都製成鈣鈦礦太陽能電池的困難在於第二層的製作。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，除了使用鉛（Pb）的普通材料外，還採用了錫（Sn）和銫（Cs）。將其用於串聯型，獲得了20．3％的轉換效率。

據稱，鈣鈦礦太陽能電池，尤其是基於Sn的電池存在耐久性非常短等問題，而此次的製作大幅提高了耐久性。該太陽能電池在100攝氏度大氣壓環境下4天的實驗中表現出了良好的耐久性。

編輯點評：發展迅速的鈣鈦礦電池，近幾年來一直是太陽能產業的研究熱點。鈣鈦礦技術具有巨大的潛力，有望在實現和砷化鎵一樣高的性能的同時實現比多晶硅電池還低的製造成本。儘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表明，鈣鈦礦光伏技術並沒有難以逾越的原理性問題。該串聯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展向前邁進了一大步。

NO．8 石墨烯＋光伏太陽能電池雨天發電不用愁

多年來，工程師和材料學家在提高太陽能電池發電效率、擴大儲電容量上的作為頗多。但是此太陽能發電仍需要天氣的配合，當碰到下雨或多雲的天氣，太陽能電池的發電效率也隨之大打折扣。中國科學家藉助石墨烯成功開發出一種雨天也能發電的新型太陽能電池。

中國海洋大學（青島）與雲南師範大學（昆明）的科研團隊在德國期刊《應用化學國際版》上發布研究報告詳細闡述了這項成果，為了使得雨水也能產生電能，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，即路易斯酸鹼電子理論，這一屬性也可用於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鹼電子理論啟發，使用石墨烯薄膜來從雨水中獲取電能。要知道，雨水並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，然後把它們放在一種由銦錫氧化物和塑料製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％，並能從用來模擬雨水的鹽水中產生數百的微伏特（microvolt）。

「未來太陽能電池的發展趨向可能是全天候的。」唐群委說，但這一研究尚處於概念階段，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於如何有效控制雨水中的各種離子，以及如何利用雨中那些常見的低濃度離子發電。

編輯點評：夢幻變成真實，雨天也能發電的太陽能電池，將打破太陽能發電一直以來的軟肋。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、酸雨多發地區、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發展，光伏電站將擺脫髮電雨天不能發電的桎梏，為全球帶來穩定的供電。

NO．9 生物太陽能電池：苔蘚居然也能發電

西班牙加泰羅尼亞高級建築學院的學生Elena Mitrofanova提出一項以苔蘚為介質的光伏發電系統，直觀看來，是一組種植苔蘚的立面中空模塊化牆磚。

立面的苔蘚光伏發電系統

在光合作用過程中，植物利用光能把周邊環境中的二氧化碳和水轉化為有機化合物。＂（苔蘚）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，這一過程就產生了含有電子的副產品。＂Mitrofanova說，＂只需為這些微生物產生的電子提供一個電極，這些電子就能被收集且發電。＂

一個苔蘚發電單位就是一個完整的生物電運行系統，由陽極生物材料（苔蘚）、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，能與苔蘚濕度互補。發電系統中物質均不會破壞苔蘚的代謝運動。

將苔蘚電池設計成具有伸縮性的系統，可應用於城市地區是Mitrofanova的目標之一。苔蘚光伏電池的組織形式有並聯和串聯電路兩種，可安裝在建築物的外牆。

編輯點評：相對於其他的技術，該生物太陽能電池目前的研究並不是那麼的有震撼性，但是通過光合作用來實現太陽能發電的想法得到了實踐。而且，相比於硅製成的太陽能電池，使用生物材料製成的太陽能電池來捕獲光能更具優勢，其生產成本更低，且具有自我修復、自我複製和可生物降解的功能。雖然目前該苔蘚發電系統的發電量還十分有限，但是隨著未來科技的發展，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展，薄膜太陽能發電效率已高達31％，聚光太陽能技術也已日漸成熟。然而，現有太陽能技術也有其技術瓶頸，發電效率始終在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有多種太陽能技術混搭，構建一個混合系統，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造了一個全新的概念，它混合了現有三種太陽能技術，分別是PV、熱電技術（TE）和聚光太陽能技術。當然，該系統並不是簡單地將三種技術累加在一起，而是充分利用太陽光譜，構建了一個完整有序的系統。

首先，PV太陽能電池板能將可見光與紫外線等高能光子轉化為電能，提供系統約20％的電能。如採用薄膜太陽能電池板，發電效率會提升至31％。

同時，研究者們採用一種全新設計的「選擇性的太陽能吸收器和反射鏡」熱電裝置，能將太陽光熱低能光子轉化為電能，生成約5％的電能；與此同時，該熱電裝置通過使用鏡組聚光，將熱量收集並進行存儲，驅動蒸汽渦輪，生成約佔本系統25％的電能。

普渡大學電子和計算機工程學院的助理教授PeterBermel表示，「這種做法集成了現有的幾種使用太陽能的方法，通過使用混合系統，能全光譜利用太陽光線，從而提高太陽能發電效率。」

據悉，該系統通過利用光譜分裂的優點，提高太陽光利用效率，降低發電成本，並能顯著提高電網兼容性。理想狀況下，這套系統能在現有條件下利用太陽光效率超過50％，而單靠PV系統，效率最多只有31％。

目前，該項研究工作已得到美國能源部和美國國家科學基金的支持。然而，整套系統仍處於理論設計階段，為驗證其可行性，研究者們還需做進一步實驗分析。該項研究的論文，已發表在8月15日的《能源環境科學》雜誌的網路平台上。

編輯點評：這也許是一項突破人類想像力的技術，將現下研究最熱的幾項技術揉合到一起，將會產生什麼樣的結果？雖然該項技術還未真正面世，但是其理論設計已經得到肯定。如果這項技術能夠成功開發並得到推廣，未來或將改變人們的生活方式。