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liuwenxiu金虫 (正式写手)
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【资源】太阳能电池发展趋势
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2楼2009-06-19 14:19:50
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3楼2009-06-25 10:01:40
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4楼2009-07-07 16:04:34
liuwenxiu
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在中国光电技术发展中心、《浙商》杂志社、浙江省能源研究所联合主办，浙商理事会承办的2009太阳能光伏产业高峰论坛上，记者专访了中国可再生能源学会副理事长、光伏专委会主任赵玉文采访内容转载如下： 《浙商》：赵主任，在这次蔓延全球的金融危机下，原材料与市场“两头在外”的中国光伏产业受到了怎样的影响？ 赵玉文：金融风暴使市场和产业运转减速，我国光伏产业遭受的影响和面临的挑战尤其严重。此次金融危机对光伏产业来说，中国是受挫最为严重的国家，比日本、欧洲都要严重。欧洲、日本和美国光伏产业影响相对较小。 《浙商》：作为世界光伏电池第一大生产大国，为什么中国光伏产业遭遇的重创比欧洲、日本更严重？ 赵玉文：中国光伏产业遭受重创正是“两头在外”导致的结果，其中“材料在外”的形势正在发生变化。我国是世界上最大的太阳能光伏电池生产国，2008年产量占全球的三分之一。由于中国光伏企业市场基本在国外，金融危机使海外市场萎缩，极小的内需市场对我国光伏产业起不到支撑和缓冲作用；而且中国光伏企业原材料短缺，成本高，光伏产品质量参差不齐，受极少数企业生产的质量低劣光伏组件拖累，国产组件的平均质量比不上日本、欧洲，市场竞争力差，这无疑使金融危机的影响雪上加霜。 据我所知，日本光伏市场较大，光伏产品1/3的市场在本国；尤其是在恢复补贴政策后，他们的光伏企业现在加班加点生产，非常红火。而欧洲的光伏产品原来就供不应求，且质量比较高，市场受到的影响基本转嫁到进口产品上，其中主要是中国产品。 《浙商》：这些投身于光伏产业的企业会出现一轮新的“洗牌”吗？ 赵玉文：由于受金融危机的影响，我们预计部分光伏项目会停建或缓建。业界一直认为光伏产业未来将会“洗牌”，其实‘洗牌’是一个市场经济中正常的动态过程，是市场经济优胜劣汰的自然表现，只是在经济危机时期表现得比较明显而已。 《浙商》：如此一来，光伏产业还有投资的机会吗？ 赵玉文：当前光伏发电正从补充能源向替代能源过渡。在2000年，光伏发电大概占总发电量的万分之几。根据世界能源组织对未来光伏发电发展趋势的预测，到2010年，光伏发电大概占总发电量的千分之几；到2020年，光伏发电大概占总发电量的1％；到2030年，光伏发电大概占总发电量的9%左右；到了2040年，光伏发电大概会占总发电量的20%以上。 光伏发电目前还不到总发电量千分之一，如果发展到2020年的1%、2040年的20%，这不是1倍、2倍的变化，而是几个数量级的变化，是几十倍甚至数百倍的增长。遇到金融危机后，光伏产业投资还有没有机会？我认为光伏产业的发展现在才刚刚开始，未来的投资机遇非常大。 光伏产业发展将更加蓬勃 《浙商》：是什么支撑光伏产业投资的巨大机遇？ 赵玉文：世界能源产业的发展趋势是光伏产业发展的最大机遇。截至2007年的统计数据，光伏产业最近10年平均年增长率为41.3%，最近5年平均年增长率为49.5％。2007年世界太阳电池产量达到4000MWp（兆瓦）；2008年世界太阳电池产量超过6000MWp。在硅材料严重短缺情况下，2008年太阳电池产量比2007年增长率超过50%。 2000年以来，世界并网光伏发电发展速度最快，年增长率达到了60%，其次是生物柴油、风能、地热采暖、离网光伏等其他各种可再生能源。并网光伏发电从2001年超过了光伏应用的50%，此后一路快速增长，2008年世界并网光伏发电份额超过85%以上。这表明光伏发电开始由边远地区向城市过渡，并网光伏发电正在发挥替代能源作用。 光伏发电发展趋势的一个重要指标是成本大幅度下降，光伏组件成本30年来降低了2个多数量级：300多美元/Wp降低到目前2.5美元/Wp；光伏发电成本也随之相应下降，2006年世界平均光伏发电成本就达到0.25美元/千瓦时（度），预计2010年太阳能光伏发电成本将下降到0.14美元/千瓦时。 德国预测2017年光伏发电成本与常规发电成本相交，之后会比常规发电成本还低；美国则预测2015年前后光伏发电成本与常规发电成本相交。我国最近的情况甚至比上述预测还要乐观，江苏预计2012年上网电价可达到1元/kWh。 疾风知劲草，经过金融危机的洗礼，光伏产业发展将更加蓬勃。金融危机对于光伏发电产业的未来发展趋势，丝毫没有影响，而且会更加激发它的茁壮成长。 《浙商》：是什么动力支撑光伏产业在未来持续发展的趋势？ 赵玉文：支撑光伏产业发展的动力有三个：能源和环境可持续发展的压力，技术进步的推动力以及《上网电价法》的强大推动力。这里我主要谈下《上网电价法》的推动力。 2004年1月1日，德国实施修正后的《上网电价法》，规定光伏发电必须上网，电力部门必须收购，上网电价每年下降5％。自2004年起，德国一跃成为世界光伏市场和光伏产业发展最快的国家，并拉动了其他国家光伏产业的发展。《上网电价法》的科学性、有效性和可操作性，很快被世界许多国家认同、接受和效法，目前已经有40多个国家和地区实施了《上网电价法》，光伏市场由德国很快扩张到整个欧洲、美国、韩国等国家，而且还正在向更大范围扩大。中国是实施《上网电价法》的国家之一，但对光伏发电尚未实施。 《浙商》：那么中国光伏企业应该如何看待与应对这次金融危机呢？ 赵玉文：金融危机以最严酷的事实证明，我国光伏产业必须提升技术水平和产品质量、才能保持国际市场占有率，这既是严峻的挑战，也是崛起的机遇。金融危机将使我国光伏产业发展更加理性。由于原材料价格的大幅下降，光伏产品价格得以明显降低，这将使太阳能发电增加竞争优势。 我们必须把这次金融危机看作是光伏产业提升的机遇，着力提升技术水平和产业质量、提升产品的国际竞争力，使我国在光伏大国基础上成为世界光伏强国。压力越大，反弹越大！我们必须变挫折为动力，变挑战和危机为机遇，为我国光伏产业走向世界强国打翻身仗！ 《浙商》：中国要从光伏大国转型为光伏强国，从光伏生产大国转为光伏应用大国，我们需要采取什么样的措施呢？ 赵玉文：从光伏企业层面来说，必须着力提升光伏制造技术水平和光伏产品质量，提升国际竞争力，保持国际市场的占有率。从国家层面来说，我们必须加速对光伏发电实施上网电价法的步伐，启动国内光伏市场，拉动内需，促进光伏产业健康持续发展。 我相信金融危机会加速我国相关法规与政策出台的速度，为我国光伏发电产业健康发展提供快速健康发展的机遇。 |
5楼2009-07-07 16:16:12
liuwenxiu
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核心提示 太阳能是新能源开发利用最活跃的领域。目前市场上的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅两种。但这两种太阳能电池最大的问题在于工艺条件苛刻，制造成本过高，不利于广泛应用。而上世纪90年代出现的纳米TiO2有机半导体复合太阳能电池和有机/聚合物太阳能电池，工艺条件简单，成本较低，有可能成为21世纪太阳能电池的新贵。 染料敏化太阳能电池极有可能取代传统硅系太阳能电池，成为未来太阳能电池的主导 ■ 将新闻进行到底 能源是世界经济发展的首要问题，当前，许多国家都把发展新能源作为应对金融危机、加快经济复苏的重要举措。我国改善能源结构也必须积极发展可再生能源和新能源，不断提高清洁能源在能源结构中的比重。 作为一种“取之不尽、用之不竭”的洁净的天然能源，太阳能成为最有希望的能源之一。目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池，但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限，其光电转换效率的理论极限值为30%，因此其民用化受到技术性限制，急需开发低成本的太阳能电池。 人工制造的“树叶” 染料敏化太阳能电池价格相对低廉，制作工艺简单，拥有潜在的高光电转换效率，所以极有可能取代传统硅系太阳能电池，成为未来太阳能电池的主导。 上个世纪90年代初，染料敏化纳米晶太阳能电池DSSCs（Namo-Crystallion Dye-Sensitized Solar Cells）初露峥嵘，其光电转换效率达7.1%—7.9%，开创了太阳能电池研究和发展的全新领域。随后Gatzel和同伴开发出了光电能量转换效率达10%—11%的DSSCs。目前，在标准条件下，染料敏化太阳能电池的能量转化效率已达到11. 2%， 如果你知道树叶的结构，你会很好地理解DSSCs。从结构上来看，DSSCs就像人工制作的树叶，只是植物中的叶绿素被敏化剂所代替，而纳米多孔半导体膜结构则取代了树叶中的磷酸类酯膜。 染料敏化纳米晶太阳能电池，主要由制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜、敏化剂分子、电解质和对电极组成，其中制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜构成光阳极。 完全不同于传统硅系结太阳能电池的装置，染料敏化太阳能电池的光吸收和电荷分离传输分别是由不同的物质完成的，光吸收是靠吸附在纳米半导体表面的染料来完成，半导体仅起电荷分离和传输载体的作用，它的载流子不是由半导体产生而是由染料产生的。 阳光驱动的“电子泵” 如果简单地概括一下原理，DSSCs就像是由灿烂阳光驱动的分子电子泵。靠阳光的照耀，源源不断地对外供电。 要说最具代表性的染料敏化太阳能电池，还得是Gatzel电池。照原理图（左图）上看，由于TiO2不能被可见光激发，因而要在TiO2表面吸附一层对可见光吸收特性良好的敏化剂。 在可见光作用下，敏化剂分子通过吸收光能跃迁到激发态，由于激发态的不稳定性，敏化剂分子与TiO2表面发生相互作用，电子很快跃迁到较低能级TiO2的导带，进入TiO2导带的电子将最终进入导电膜，然后通过外回路，产生光电流。同时，处于氧化态的染料分子被电解质中的碘离子I-还原回到基态，而I-被氧化为I-3，I-3很快被从阴极进入的电子还原成I-构成了一个循环。 各组成部分的进展 光阳极材料：光敏材料敏化的半导体光阳极对该电池的性能起到至关重要的作用，成为目前研究的热点。敏化的TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分，可以说其性能直接关系到太阳能电池的总效率。 染料敏化太阳能电池中，TiO2光阳极所用的纳米晶薄膜分为致密TiO2薄层、纳米多孔结构TiO2薄膜，其中致密薄膜是早期染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极所采用的，因其吸附染料效率低，后来少被采用，纳米多孔结构TiO2薄膜在目前染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极采用极为广泛。 光阴极材料：阴极在染料敏化太阳能电池中也发挥着重要的作用。在实际工作中，染料敏化太阳能电池由于有电流通过阴极，产生极化现象，形成超电势，引起电势的损失，降低了电池的性能。因此，阴极的制备一般用导电玻璃片作为基体，采用不同方法镀上石墨、铂或导电聚合物等不同材料，其中镀铂的效果较好。 电解质：由于液态电解质在封装上的技术困难，人们开发了无机半导体体系的固态电解质、有机空穴传输材料和高分子电解液体系等。与液态电解质相比，固态染料敏化太阳能电池敏化剂的氧化还原电位，可以和空穴导体的工作函数更好的匹配，所以固态染料敏化太阳能电池获得的Uoc值很高，可以达到接近1V。以固态电解质取代液态电解液应用于染料敏化太阳能电池，可以提高和改善电池的长期稳定性。 敏化剂：敏化剂吸收太阳光产生光致分离，它的性能直接决定太阳电池的光电性能。新的敏化剂使吸收长波的能力增加，并且具有很高的光学横断面和吸收近红外光的能力。 按其结构中是否含有金属原子或离子，敏化剂分为有机和无机两大类。无机类敏化剂包括钌、锇类的金属多吡啶配合物、金属卟啉、金属酞菁和无机量子点等；有机敏化剂包括天然染料和合成染料。 ——专家圈点—— DSSCs应用前景广阔 大庆石油学院王宝辉教授：在硅太阳能电池中, 单晶硅太阳能电池转换效率最高, 多晶硅次之, 非晶硅最低。经过长达10a加速光老化试验的结果表明, 染料敏化太阳能电池的光电转化效率几乎不变, 且高达15%,在一定程度上优于非晶硅太阳能电池,具有广阔的应用前景。 染料成为当前研究的一个热点 兰州理工大学王青教授：敏化的纳米晶TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分，其性能直接关系到太阳能电池的总效率。在制备技术方面，基于传统的刮涂制膜技术和逐层沉积制备技术，由于操作的复杂性和技术掌握的难度，是光阳极制备的瓶颈问题。丝网印刷技术由于其大面积制备的可操作性，是实现未来工业化不错的手段，但同样存在技术操作复杂的缺点，同时其规模制备所需条件依然需要改进和优化。 在染料敏化上，寻找低成本、性能良好的染料成为当前研究的一个热点。 总之，通过光敏化，获得较宽的可见光谱响应范围，快速的电子传输，优越的电子散射系数，增强的光收集效率以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO2光阳极研究的方向。 日本开发出“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池” 来自日本的研究人员开发出一种“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池(fiber-type TCO-less dye sensitized solar cell)”，这种太阳能电池是将染料敏化太阳能电池层，环绕着一根长3.5厘米(cm)、直径9毫米(mm)玻璃纤维所组成。 该研究团队来日本九州岛科技大学的生命科学与系统工程研究所，其研究人员将一层氧化钛、一层敏化颜料，以及一层多孔钛(porous Ti)作为电极(正极);一层包含碘等电解质的多孔层，以及一层白金(Pt)与钛作为另一端电极(负极)。 将上述两种电极顺序环绕着玻璃纤维;而除了该玻璃纤维的两端，整个太阳能电池都以钛覆盖着。将光线从玻璃纤维的一端透进去，光就会被太阳能电池中的染料所吸收，并转换成电力;而若是该纤维稍有倾斜，在光线从另一端出去之前，就不会在表面下的玻璃造成完全反射。 目前该种太阳能电池所展现的转换效率，在使用某种染料的情况下仅稍高于1%，该数字稍低了些，且由于该种电池使用的玻璃纤维有9mm直径，长度却只有1.5公分左右，因此大约有九成从纤维的一端入射，从另一端出去的光线并没有被转换。 预计未来该种太阳能电池的净转换率(net conversion efficiency)可望达到10%，被浪费的光线问题能透过增加光纤的长度或是减少纤维直径来克服。 而该种新型太阳能电池与标准染料敏化太阳能电池的一个最大差异，是新电池并不使用透明电极(透明导电氧化物薄膜TCO)，研究人员计划利用尚未被现有染料敏化太阳能电池所使用的近红外线(near-infrared)能源，来产生电力。 夏普研究染料敏化太阳能电池以降低生产成本 据海外媒体报道，夏普已开始研发染料敏化太阳能电池(DSSCs)，希望第2世代的太阳能电池能大幅降低生产成本，并助公司在充满竞争的市场上取得先机。 这项研究主要在 Sharp结晶太阳能电池事业部进行，该事业部位于奈良县葛城市，该公司预计在2020年左右，将该产品商业化推出。 该公司研究人员表示，高光电转换效率的雏形电池，大多为深绿色，因为这是最适合吸收太阳光的颜色，同时也较不会产生颜色不均的现象。 通常用于油漆之类的有机染料，含有金属复合体，一接收到太阳光，便会释出电子。利用这项特点，将染料与电解液置放在导电板两侧，可从中产生电力。制造的原理很简单，但是要选择何种染料与电解液做结合，却令人伤透脑筋，因为光电转换效率的好坏，与选材的关系密切，研究人员必须反复测试不同材料的组合，以求提高光电转换效率。 受到日本新能源产业科技发展组织(NEDO)的委托，夏普希望在2009年会计年度结束前，将每 900平方公分的DSSCs光电转换效率提高8%。去年该公司成功制造出每25平方公尺光电转换效率达8.2%的DSSC，目前为全球该尺寸最高光电转换率的DSSC。 夏普研发一部总经理表示：“我们目标是将转换率提高超过 10%，推出商业化的DSSC。”因为目前主流的单晶硅太阳能电池，其模块光电转换效率已达约15%。 |
6楼2009-07-07 16:17:30
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