權(quán)威教授觀點(diǎn)：PERC太陽(yáng)電池效率可達(dá)40% 但成本過(guò)高

:能源與環(huán)境問(wèn)題是全球關(guān)注的焦點(diǎn)，在化石能源日益枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的雙重壓力下，對(duì)于清潔且“取之不盡、用之不竭”的可再生能源的利用成為解決此種壓力的有效途徑。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“太陽(yáng)能雜志”ID：tynzz1980 作者：葛曉敏）

光伏發(fā)電作為可再生能源的重要利用方式之一，目前已得到廣泛認(rèn)可。太陽(yáng)電池作為實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的重要載體，其轉(zhuǎn)換效率的高低直接決定了光伏組件發(fā)電量的多少。隨著科技的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率不斷提升，光伏發(fā)電在人們電力利用中的占比也在逐步提高。悉尼新南威爾士大學(xué)(UNSW Sydney) 卓越教授馬丁• 格林作為硅太陽(yáng)電池方面的世界頂尖專家，斬獲了包括“全球能源獎(jiǎng)”(Global Energy Prize) 在內(nèi)的諸多國(guó)際大獎(jiǎng)，其所組建的研究團(tuán)隊(duì)是國(guó)際光伏領(lǐng)域最大、最知名的高校研究團(tuán)隊(duì)，并發(fā)明了目前已成為主要商業(yè)電池的PERC 太陽(yáng)電池。

借著此次馬丁• 格林教授來(lái)北京參加“第二屆中澳科學(xué)未來(lái)會(huì)議”的機(jī)會(huì)，會(huì)后本刊與其他媒體記者一起針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的優(yōu)缺點(diǎn)、PERC 太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的提升空間、未來(lái)光伏技術(shù)的發(fā)展瓶頸等問(wèn)題采訪了馬丁• 格林教授。

問(wèn)：您如何評(píng)價(jià)第三代太陽(yáng)電池——鈣鈦礦太陽(yáng)電池？您認(rèn)為它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分別是什么？

答：目前，鈣鈦礦太陽(yáng)電池確實(shí)引起了研究人員的關(guān)注，這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)還是很不錯(cuò)的，但它存在兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是缺乏穩(wěn)定性，另一個(gè)是具有毒性。

鈣鈦礦太陽(yáng)電池的主要問(wèn)題是衰退率，在光照下的前8 個(gè)月，性能最好的鈣鈦礦太陽(yáng)電池能保留97% 的性能，而標(biāo)準(zhǔn)化的硅太陽(yáng)電池在第一年的衰退率是低于2%～3% 的。在隨后25～30 年間，鈣鈦礦太陽(yáng)電池每年的衰退率會(huì)在0.5%以內(nèi)。由于光伏組件在全球范圍內(nèi)廣泛使用，很多制造商向市場(chǎng)保證了25～30 年的使用期。所以穩(wěn)定性是非常重要的一點(diǎn)，不穩(wěn)定的組件是不能適應(yīng)市場(chǎng)和投資需求的。

再者，鈣鈦礦太陽(yáng)電池中含有鉛這種重金屬，可能對(duì)人類健康產(chǎn)生不良影響。鈣鈦礦能夠溶于水，鉛可能會(huì)析出并影響周圍環(huán)境。所以，現(xiàn)在很多研究人員都在考慮能否將鉛從里面分離出來(lái)，但到目前為止，好像還存在一些困難。這是一個(gè)比較大的問(wèn)題。

問(wèn)：對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池的材料，您所在的實(shí)驗(yàn)室是否有嘗試采用其他材料？

答：想要生產(chǎn)出與硅性能相似的材料，可以將一些金屬和非金屬材料以一定比例結(jié)合，生產(chǎn)出不同的半導(dǎo)體產(chǎn)品。我們現(xiàn)在也在研究其他與硅有類似性能的混合材料，主要關(guān)注的是含有硫的混合物。其中一種是將C( 銅)、Z( 鋅)、T( 錫)、S( 硫) 這幾種材料用適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行混和，就能夠生產(chǎn)較好的半導(dǎo)體產(chǎn)品。這些材料的優(yōu)點(diǎn)一是無(wú)毒性，二是材料較為豐富，儲(chǔ)備也較多?，F(xiàn)在悉尼新南威爾士大學(xué)研究的這類材料所制備的太陽(yáng)電池的效率取得了世界紀(jì)錄，但也僅為11%，我們希望將它提升到20%。

問(wèn)：您覺(jué)得CZTS 太陽(yáng)電池離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)？

答：首先要將其效率提升到20%，這可能要花5 年或者10 年，也可能永遠(yuǎn)都達(dá)不到20%。

問(wèn)：PERC 太陽(yáng)電池的效率是否還有提升空間？

答：目前悉尼新南威爾士大學(xué)取得了PERC太陽(yáng)電池效率25% 的世界紀(jì)錄。這種電池已開(kāi)始被大多數(shù)中國(guó)及世界上一些生產(chǎn)商大規(guī)模化生產(chǎn)，若想使其效率達(dá)到30%，必須在硅上堆棧不同的材料來(lái)制成電池。在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)40%的轉(zhuǎn)換效率其實(shí)也是可以的，可以利用一些比較昂貴的太陽(yáng)電池材料，將太陽(yáng)光進(jìn)行聚焦和轉(zhuǎn)化。我們的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果證明這種方式能夠使PERC 太陽(yáng)電池的效率達(dá)到40%，但是成本還是非常高的。

問(wèn)：您認(rèn)為p 型PERC 和n 型PERC 兩種技術(shù)哪個(gè)更有發(fā)展前景？

答：目前p 型PERC 太陽(yáng)電池的生產(chǎn)量相對(duì)于n 型的較大。但是從性能上來(lái)看，兩者之間并無(wú)較大區(qū)別，性能非常接近。

問(wèn)：現(xiàn)在各種各樣的光伏技術(shù)， 比如PERC、MWT、疊片等，您認(rèn)為光伏技術(shù)未來(lái)的主流方向是哪個(gè)？您如何看待異質(zhì)結(jié)的未來(lái)發(fā)展？大硅片對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展會(huì)有怎樣的影響？

答：一直到2018 年，世界上主要的太陽(yáng)電池生產(chǎn)商還都是采用美國(guó)在20 世紀(jì)70 年代所開(kāi)發(fā)的技術(shù)，當(dāng)時(shí)美國(guó)對(duì)太陽(yáng)能研發(fā)方面進(jìn)行了大量投資。這項(xiàng)技術(shù)從研發(fā)以來(lái)，在過(guò)去的40 多年間都在被全世界的生產(chǎn)商所采用。但是直到2019 年，終于有另外更先進(jìn)的技術(shù)在出貨量上超越了美國(guó)此前研發(fā)的光伏技術(shù)，這就是悉尼新南威爾士大學(xué)所開(kāi)發(fā)的PERC 技術(shù)。今年確實(shí)是一個(gè)非常重要的年份，改變了過(guò)去40 年光伏主要技術(shù)路線的使用狀況。對(duì)于硅片，行業(yè)一開(kāi)始使用的尺寸是156mm，近期一些企業(yè)開(kāi)始使用166 mm 的，也有另外一些企業(yè)使用超過(guò)200 mm 的，但到目前為止，還不是特別確定哪種會(huì)成為行業(yè)主流。

問(wèn)：中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入平價(jià)應(yīng)用時(shí)代，在您看來(lái)，未來(lái)成本下降的空間還有多大？

答：成本還有進(jìn)一步下降的空間，采用標(biāo)準(zhǔn)化的“硅”技術(shù)，成本相對(duì)于現(xiàn)在的價(jià)格可能還會(huì)下降50%，或至少下降25%～50%。

問(wèn)：澳大利亞光伏產(chǎn)品發(fā)展的技術(shù)路線與中國(guó)相比有什么不同點(diǎn)？從目前光伏技術(shù)研發(fā)的情況來(lái)看，您覺(jué)得在全球范圍內(nèi)，未來(lái)光伏技術(shù)發(fā)展的瓶頸在哪里？您對(duì)中國(guó)未來(lái)能源體系的發(fā)展有什么建議？

答：不同點(diǎn)在于：首先，中國(guó)是世界上最大的光伏技術(shù)使用國(guó)或消耗國(guó)，但從人均光伏使用量來(lái)說(shuō)，澳大利亞更大一些。此外，澳大利亞的光伏產(chǎn)品相對(duì)于煤電來(lái)講競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)一點(diǎn)，利用光伏發(fā)電的成本價(jià)格比煤電低，即使是在冬天，澳大利亞太陽(yáng)能發(fā)電所占的發(fā)電比例也能達(dá)到6%～7%，這個(gè)份額還是挺高的。預(yù)計(jì)到2022 年，太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電所占比例的總和會(huì)占到澳大利亞總體發(fā)電量的30%。再者，中國(guó)是世界上最大的太陽(yáng)電池生產(chǎn)國(guó)，但是澳大利亞不生產(chǎn)，主要是進(jìn)行利用。

在太陽(yáng)能發(fā)展方面，澳大利亞遇到的主要瓶頸是澳大利亞政府不是特別支持可再生能源的發(fā)展，盡管如此，太陽(yáng)能在澳大利亞的發(fā)展還是非常迅速的。技術(shù)方面的瓶頸主要是在硅上進(jìn)行不同材料的堆棧。目前光伏組件的轉(zhuǎn)換效率其實(shí)只有20% 左右，如果我們?cè)诂F(xiàn)有電池上進(jìn)行半導(dǎo)體材料的堆棧，它的效率能夠提高到30%。現(xiàn)在我們面臨的挑戰(zhàn)就是要找到這樣的原材料，它需具有一定的特性，比如有效性、穩(wěn)定性，并且應(yīng)該是儲(chǔ)備充足的，沒(méi)有毒性。

找到這4 個(gè)條件都滿足的原材料，也是現(xiàn)在面臨的一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。

至于建議，中國(guó)光伏產(chǎn)品已經(jīng)做的特別好了，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力也非常強(qiáng)，所以沒(méi)有什么特別的建議。

問(wèn)：您曾提到澳大利亞很多光伏系統(tǒng)都配備儲(chǔ)能，在澳大利亞儲(chǔ)能的成本大概是多少？配備儲(chǔ)能之后的發(fā)電價(jià)格與直接從電網(wǎng)購(gòu)買的價(jià)格差別大不大？大概是多少？

答：的確，儲(chǔ)能會(huì)有額外的成本。但是在澳大利亞太陽(yáng)能發(fā)電的成本要比煤電便宜，所以會(huì)有一個(gè)發(fā)電的價(jià)格差。但總體來(lái)講，由于太陽(yáng)能發(fā)電的成本越來(lái)越低，總體的儲(chǔ)能成本也在相應(yīng)降低。

如果配有儲(chǔ)能，即使會(huì)有一些能源效率的浪費(fèi)或有一些儲(chǔ)能的建造成本，但相對(duì)于直接從電網(wǎng)購(gòu)電仍然還是要低的。而且現(xiàn)在澳大利亞太陽(yáng)能發(fā)電的成本越來(lái)越低了。

問(wèn)：您提到澳大利亞政府不是特別支持光伏產(chǎn)品或其他的可再生能源，為什么？是不是澳大利亞的減排壓力比較?。?/strong>

答：主要是因?yàn)榘拇罄麃喪且粋€(gè)煤炭出口國(guó)，在煤炭行業(yè)有大量的就業(yè)人口。如果大力發(fā)展太陽(yáng)能等可再生能源，煤炭行業(yè)的就業(yè)人員就會(huì)失業(yè)，會(huì)對(duì)政府造成一定影響，尤其是政治方面的影響。幾個(gè)月之前澳大利亞進(jìn)行了一個(gè)選舉，當(dāng)選的政府實(shí)際上只是以微弱的投票優(yōu)勢(shì)勝選，其中，投支持票的人很大一部分就是來(lái)自煤礦產(chǎn)區(qū)的選民。所以政府還是要保護(hù)煤炭行業(yè)的。

問(wèn)：請(qǐng)您介紹一下，悉尼新南威爾士大學(xué)與中國(guó)企業(yè)在光伏領(lǐng)域會(huì)有哪些合作？

答：悉尼新南威爾士大學(xué)與中國(guó)很多生產(chǎn)廠家都有合作，從而進(jìn)一步提升商業(yè)化產(chǎn)品的相關(guān)性能。尤其在今年，許多中國(guó)企業(yè)引入了PERC技術(shù)，對(duì)于這個(gè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，如果要提高產(chǎn)品的整體性能，必須要進(jìn)行氫化處理。所以，悉尼新南威爾士大學(xué)跟中國(guó)引進(jìn)這個(gè)技術(shù)的許多企業(yè)在氫化處理方面有很多合作。

此外，悉尼新南威爾士大學(xué)之前有很多來(lái)自中國(guó)的留學(xué)生，一些博士生畢業(yè)之后回國(guó)創(chuàng)業(yè)，現(xiàn)在都已處于較高的管理崗位。所以我們也會(huì)跟他們?cè)谘邪l(fā)方面進(jìn)行各種不同的合作。

問(wèn)：很多研究機(jī)構(gòu)都提出來(lái)很大膽的想法或者計(jì)劃，比如在2050 年實(shí)現(xiàn)100% 的可再生能源利用，您從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，2050 年能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)？

答：在技術(shù)上是完全可以實(shí)現(xiàn)2050 年對(duì)可再生能源100% 的利用比例。比如光伏行業(yè)，它的發(fā)展速度實(shí)際上比我們的預(yù)期要快，利用太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)取代煤炭發(fā)電，可能速度比我們想象的還要快。所以技術(shù)上應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的。

科技改變生活，探索創(chuàng)新永無(wú)止境。在實(shí)現(xiàn)光伏平價(jià)上網(wǎng)的道路上，降本提效是大勢(shì)所趨，而提高太陽(yáng)電池效率作為其中重要一環(huán)，研究人員從未停止對(duì)它的探索。馬丁• 格林教授與他的團(tuán)隊(duì)30 多年來(lái)一直在對(duì)硅太陽(yáng)電池進(jìn)行探索與創(chuàng)新，不斷提高太陽(yáng)電池的效率，在這種精神的推動(dòng)下，相信之后他與他的團(tuán)隊(duì)會(huì)帶給我們更多的驚喜。

原標(biāo)題:科技改變生活 探索創(chuàng)新無(wú)止境——訪悉尼新南威爾士大學(xué)卓越教授馬丁·格林