2014年十大太阳能光伏前沿技术盘点【独家】

2014年6月18日，SolarCity宣布斥资3.5亿美元收购太阳能组件制造商Silevo（赛昂），“钢铁侠”马斯克的第二个GW工厂计划开始启动。这场交易在西半球掀起了一场震动，美国最大的住宅太阳能开发商开始染指光伏制造业了。而其凭恃，就是赛昂电力基于“隧道结”理念的Triex太阳能电池。

知识就是力量，科学技术发展到现在，已经不仅仅代表着生产力，更是竞争力、生存力的体现。一项技术可以成就一家企业，开创一个行业——纵观光伏行业这数十年的发展，这句话的意义尤其深刻。太阳能光伏发电能否肩挑可再生能源取代传统化石燃料重任，还天空蔚蓝，与其说是成本问题，更不如说是技术问题——令人欣慰的是，科研人员们并未让人失望。

2014年，光伏产业复活了。正如寒冬结束，光伏行业再度出现了技术爆发潮，从传统的晶硅电池技术，到一度岑寂的薄膜发电技术，乃至更尖端的多节太阳能电池技术领域，我们看到了光伏技术的多元化突破。光伏行业业已不再是曲高和寡，在太阳能发电成本持续下降的情况下，太阳能技术的应用技术也出现了井喷。本篇文章，OFweek太阳能光伏网将为大家盘点光伏行业2014年度十大新技术和突破性进展，请关注这些技术，它们可能改变未来！

　　2014十大太阳能前沿技术之一：人类太阳能电池最高效率——46%

2014年，一项有关光电转换效率的最新世界记录已经诞生：多结太阳能光伏电池片转换效率达到46%。该项技术成果由法国Soitec公司、法国微电子研究机构CEA-Leti与德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所共同开发。

多结电池片应用于聚光光伏发电系统（CPV），其研发目的是提供低成本的电力。多结光伏电池片选用的是三五族化合物半导体材料。据报道，此次打破世界纪录的电池片是一款四结电池片，其中每一个子电池都可将四分之一的入射光子精准地转化为波长为300至1750 nm的电流。此次最新的转换效率纪录是在太阳能浓度508的情况下进行测量的，该效率已经得到日本产业技术综合研究所AIST的认证。

德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的电池片开发项目经理Frank Dimroth博士表示，这是法德合作的一个重大里程碑。我们很高兴46%的转换效率已经得到日本AIST研究所的独立认证。CPV是当今最为高效的太阳能发电技术，它适用于所有拥有较高年太阳直射辐射值的国家。

　　OFweek太阳能光伏网：多结太阳能电池之前的最高效率是44.7%，公布于2014年9月——也是该机构的研究成果。而在更早的2013年5月份，上述三家机构和企业还同法国原子能委员会电子与信息技术实验室（CEA-Leti）的科学家联合推出了319倍聚光浓度光线下，光电转化效率高达43.6%的光伏电池。在冲击50%的转换效率的终极之路上，46%不会是最终的成绩，但仍足可炫耀。

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　　2014十大太阳能前沿技术之二：松下刷新世界纪录 效率高达25.6%

时隔15年，晶体硅太阳能电池的单元转换效率最高值再次刷新了。据日本共同社4月10日报道，松下最新研发的住宅用“HIT太阳能电池”的核心元件能量转换效率达25.6%，为目前世界最高水平，刷新了澳大利亚新南威尔士大学1999年创下的25.0%的纪录。

转换效率超过25％

松下此前一直采用在硅晶圆上形成非晶硅层的“异质结”结构。通过非晶硅层的效果抑制载流子复合，有助于提高电压。在受光面和背面分别配置了电极。而此次松下首次采用了保留部分异质结、去掉受光面电极的“背接触结构”。由于去掉了遮挡光线的电极，因此能够增加电流量。实际上，作为电流值目标的短路电流密度较该公司2013年2月发布的异质结单元得到提高。在利用异质结保持高电压的同时，通过背接触结构增加电流的手法为实现25.6％的转换效率做出了贡献。

众所周知的是，晶体硅太阳能电池的理论效率约为29％，25～26％就基本到达极限了。随着松下实现极限范围的转换效率，晶体硅太阳能电池的转换效率能提高到什么程度再度引起了太阳能电池业界人士的关注。松下还计划进一步提高转换效率，该公司的负责人表示，“接下来的目标是实现26％。这个值应该能实现”。该公司还表示，“转换效率有超过25％的潜力”。目前，较之于提高转换效率，异质结单元更注重用其来制造量产品。

　　

松下公司还推出了HIT-N245和HIT-N240系列光伏组件。HIT-N245组件具有19.4%的转换率，并同时具有多种升级版功能，松下希望其是在住宅屋顶市场内的表现能对抗中韩两国相对廉价的晶硅产品。

　　OFweek太阳能光伏网：作为当今太阳能光伏产业的主流，虽然业界对于晶硅电池越来越趋近于效率天花板而对其未来有争议，但姜还是老的辣。成熟的技术与成熟的产品，晶硅光伏产业已经向成了全面的优势，在相当长的一段时间里，晶硅电池制霸光伏产业的现象会随着其潜力的进一步发掘而稳固。

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　　2014十大太阳能前沿技术之三：Manz CIGS电池效率21.7% 先赢一局

Manz 集团 在 CIGS 薄膜太阳能工艺的研发伙伴巴登-符登堡邦太阳能和氢能研究中心 (ZSW)，在 CIGS 薄膜太阳能效率方面创下了 21.7% 的新世界纪录。这是薄膜太阳能工艺前所未见的最高转换效率，大幅超越目前主流的多晶硅太阳能工艺纪录。新世界纪录由德国弗莱堡的德国弗劳恩霍夫协会太阳能系统研究所正式认证。

ZSW的该型CIGS电池采共蒸镀制程工艺，此工艺由 Manz 及 ZSW 共同深入研发，并已申请专利。值得一提的是，该工艺的再现性绝佳，可以轻易地从实验室转移到量产生产线，为此，Manz 在德国施韦比施哈尔(Schwaebisch-Hall)的生产据点设立 CIGS 创新生产线(innovation line)，大量生产 CIGS 组件，将实验室内的成果透过量产加以实践。其在一家采用共蒸镀过程的实验室涂层工厂制造，ZSW表示，其已经制造效率突破21%的四十个电池的事实，进一步证明了该方法有助于行业批量生产。

自收购 Würth Solar 后，Manz 研发人员便持续展现出惊人的突破，不仅效率大幅提高，同时薄膜工厂所需的投资金额也减半，这些均是开发蓝图中的重要里程碑。在 Manz所设立的 CIGS 交钥匙方案(CIGSfab)中，生产成本取决于工厂位置及规模，尽管如此，CIGS薄膜工艺的生产成本可比目前仍最盛行的多晶硅太阳能工艺，降低多达 50%。ZSW的光伏部门负责人Michael Powalla表示，CIGS较多晶硅光伏电池效率领先1.3%，为扩大CIGS技术的市场范围提供前景。“我们的进步再次证实了CIGS薄膜光伏的巨大技术潜力。”，对于CIGS的未来，Michael Powalla乐观说道，“该实验室数据表明，未来几年可能出现进一步效率提升。这可能更大幅压低CIGS技术成本。”

　　OFweek太阳能光伏网：经历过一段时间的沉寂期后，CIGS逐渐重新走上太阳能光伏行业舞台，曾经“薄膜之王”回来了。在追逐CIGS最高效率的这场争夺中，中国汉能、瑞典Midsummer、美国Stion乃至日本Solar Frontier都没有放弃过对效率魁首之位的追求。中国汉能在2014年5月曾经以21%的效率保持第一位置四个多月之久。CIGS薄膜技术已经打破了晶硅电池在效率方面的"垄断"。甚至可以说，曾经困扰着薄膜光伏的成本问题已经被极大地缓解，而在某些独特的应用领域，CIGS薄膜更有晶硅电池难以比拟的优势。

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　　2014十大太阳能前沿技术之四：澳大利亚“另类”聚光太阳能系统达到40%效率

2014年12月8日，澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）宣布，其开发中的聚光式光伏发电系统的转换效率首次达到了40％。

与普通的聚光光伏发电系统不同的是，新南威尔士大学的这个系统采用了另类的先聚光后分光的方式，利用抛物面反射镜反射、汇聚太阳光，并利用双色镜对光束进行分光，使透射光照向硅类太阳能电池，使反射光照向3接合型化合物太阳能电池，由此来发电。因此，整个系统看上去就像反射望远镜。

该技术的核心是新南威尔士大学独立开发的双色镜系统，而太阳能电池则采用Spectrolab公司的电池单元。

双色镜是层叠多层反射率不同的介质薄膜制成的，可以透射特定波段的光，而反射其他波段的光。关于透射波段，新南威尔士大学将在近期出版的论文中公布，2013年公布的资料显示，可透射的近红外线的波长范围是接近900nm~1100nm以上，会反射其他波段的光。900nm~1100nm这一近红外线波段是硅类太阳能电池容易实现高转换效率的波长区域，而其余波长范围3接合型化合物太阳能电池可覆盖。3接合型化合物太阳能电池中，支持波长最长的电池单元可将1600nm以上波长的红外线转换成电力。因此，硅类太阳能电池组合3接合型太阳能电池的效果与4接合型太阳能电池相当。

　　OFweek太阳能光伏网：事实证明，澳大利亚并不仅仅只有袋鼠、考拉和沙滩。澳大利亚人在清洁能源方向的努力有目共睹。有“太阳能电池之父”之称、也参与了此次开发的新南威尔士大学教授Martin Green指出：“这次的技术特别适合在澳大利亚日益普及的塔式大规模聚光型光伏发电系统。”对于太阳能资源丰富的澳大利亚来说，分光型聚光太阳能发电技术无异于福音。

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　　2014十大太阳能前沿技术之：钙钛矿太阳能电池：成本下降“福星”

当前市场上主流的太阳能电池是晶硅太阳能电池，然而，随着新技术的研发，薄膜电池正在最新异军突起。钙钛矿太阳能电池就是其中的典型之一。利用廉价的铅、卤素及胺盐，这些原料在地球上储量极其丰富，大大降低了太阳能电池制作成本。同时，钙钛矿太阳能电池制作技术简单，过程类似胶片涂刷。还可以制备成色彩斑斓的太阳能电池片，作为装饰材料用于建筑行业。正是这些方面的显著优势，钙钛矿太阳能电池技术成为了近两年全球太阳能电池领域的研究热点。

根据权威杂志Science报道，“介观光学与飞秒光物理”国家自然科学基金委创新研究群体成员肖立新教授、朱瑞研究员和龚旗煌院士等在已有工作的基础上，积极开展相关前沿研究，取得了系列重要进展。今年下半年，其钙钛矿型太阳能电池转换纪录从17.9%又被刷新到19.3%，并有希望达到晶体硅电池的25%的水平。

研究发现，钙钛矿型光伏材料的结晶形貌对其光电性能的影响至关重要，肖立新教授、龚旗煌院士与西安交通大学吴朝新教授、侯洵院士合作，通过分步溶液成膜方法对掺氯钙钛矿材料进行优化，相对于一步溶液成膜方法，微观形貌容易控制，器件效率得到极大提高，并进一步研究钙钛矿薄膜材料的成膜条件，实现对钙钛矿薄膜形貌的调控，成功制备介观结构的钙钛矿太阳能电池，同时提高太阳能电池的吸光能力及电荷传输能力，研究结果分别发表在Chem. Commun. 2014，50，12458的内封面文章及Nanoscale，2014，6，8171上。该创新研究群体还针对钙钛矿电池急需解决的稳定性问题，开发了一种新型疏水性空穴传输材料使器件的稳定性得到极大改善（Chem. Commun. 2014，50，11196），相关工作已经申请中国发明专利。

　　

值得一提的是，厦门惟华光能有限公司研制出的钙钛矿太阳能电池光电转换效率已达19.6%，超越了欧美、日本、韩国等研究所公开发表的同类型电池的转化效率，成为全球第一。其封装前的厚度仅有数微米，远薄于非晶硅、CIGS等传统薄膜太阳能电池，成本也仅是其它太阳能电池组件的三分之一，因此被命名为超薄膜太阳能电池。

　　

OFweek太阳能光伏网按：新一代的太阳能电池要取得市场的认可，至少要做到以下三点：首先，要在效率上与多晶硅接近；其次，要在价格上低于它；最后，组件的寿命也要接近它。CIGS薄膜技术与钙钛矿电池技术正在不断的进步，惟华光能和科学工作者们无疑让大家看到了希望。

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2014十大太阳能前沿技术之：GTAT与创新的太阳能电池串工艺

如何降本增效是太阳能光伏电池制造商永恒的话题。GT Advanced Technologies（GTAT）今年上半年推出了一种突破性的技术--太阳能模块金属化及互联技术Merlin（梅林），为电池和组件生产商带来了好消息。

由传统电池串工艺制得的两栅和三栅银主栅线结构电池已被确认具有多种关键问题，包括焊点失效、热点、彩带焊点失效等。Merlin技术则用弹性网格来替代传统的两栅和三栅银主栅线。据称，这一创新技术可大幅降低银浆使用量，降幅高达80%；同时，可提高电池板效率，并将组件成本降低10%。GT市场通讯主任Jeff Nestel-Patt告诉记者，Merlin技术可以很容易地整合到现有的电池和组件生产线上。"只需对目前在太阳能光伏电池上加入的分段栅线所用的丝网作出简单的改动即可。"

Merlin技术可能彻底改变组件制造企业

该分段栅线比较幼细，较传统的栅线产生较小的遮光。将灵活栅极及分段栅线结合，可以削减电阻的损失，从而提高电池及模块的效率。此外，栅极的on-cell及cell-to-cell互联功能，将令模块在存在温度循环和机械抗挠时更具弹性。GT还称，使用该技术所制得的组件预估可更为可靠、更耐用，并可制造出更为轻便、易处置的产品，从而降低运输与安装成本。据预计，该太阳能模块金属化产品将于2015年初量产。

　　OFweek太阳能光伏网：Merlin技术看起来技术难度不大，然而有时候产生巨变的可能就是一个小小的点子。Merlin技术的创新特性，在于其可以大幅减少昂贵银浆的使用量，同时提高塔板效率。以此技术生产的组件将更可靠、更耐用，而且产品的规格将更轻、更易于处理，从而降低运输及安装成本。破产后的GTAT会不会再从光伏技术之路爬起来？让我们拭目以待。

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　　2014十大太阳能前沿技术之：生物太阳能技术与苔藓供电

生物太阳能电池板最近几年可以说慢慢的走进了我们的视线，而无论从环保还是能源的角度上来说，这都是一个非常不错的主意。

根据国外媒体报道，最近一位名叫Fabienne Felder的瑞士设计师与剑桥大学的科学家Paolo Bombelli、Ross Dennis共同实验除了一种全新的方法，利用植物作为“生物太阳能板”。“从理论上来说，任何通过光合作用的植物都可以作为太阳能电池板，而随着技术的发展，这些将会进一步被转换成微生物燃料电池（Photo-MFCs），可以利用植物来产生及收集能量。”该团队表示。同时，研究小组已经首先将自己的研究成果转化成了一台“苔藓收音机”，通过苔藓来为收音机提供电力。这个装置通过利用苔藓进行光合作用时产生的剩余电子，有效地将苔藓转变为生物太阳能电池板。

目前该装置还处于初期阶段，每次只能运行几分钟。但设计师Fabienne Felder希望这只是该研究方向的开端，她把这种技术比太阳能研究的初始阶段。

生物不仅仅能用来发电，参照生物的某些特性，人们可以做很多事。比如说，美国科学家利用生物科技进行的“活体材料”研究或许也将引发太阳能行业的变革。这个来自麻省理工学院的研究团队试图利用大肠杆菌生成生物膜，通过菌团生成的活体组织，生成一层表面蛋白膜。膜层上不同种类的蛋白质纤维自主选择与多种非生物材料结合后就能生成该种活体材料，QUARTZ报道说这个团队的研究已经被发表在了知名杂志《自然材料》上。这种活体材料可能会引起一场变革，更加高效的太阳能电池和生物传感器也将因此应运而生。

　　OFweek太阳能光伏网：尽管上面的两项所谓“生物太阳能技术”都只是概念中的事物，即使已经有原型的苔藓电池板也仅仅只能运行几分钟，但这毕竟为我们打开了一扇大门，不是么。或许在未来，太阳能光伏技术将不仅仅是冷冰冰的了。

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　　2014十大太阳能前沿技术之：异想天开的太阳能飞行技术正在实现

2014年，太阳能动力航空界连续传出三个重大消息：FaceBook收购一家英国太阳能无人飞机制造商Ascenta，曾经创下纪录的瑞典Solar Impulse（太阳能驱动）2号机型即将再次踏上环球飞行征程，先前传或将被FaceBook收购的太阳能无人飞机制造商Titan Aerospace（泰坦航空）被谷歌接手收购。

Ascenta、Solara 60、Solar Impulse 2号太阳能飞机将2014年太阳能航空推向了高潮

据悉，FaceBook和谷歌的太阳能无人飞机商收购案都是源于看中了太阳能无人飞机的强大续航能力及其在无线通信领域方面的潜力。通过大量强力续航的太阳能无人飞机携带通信设备在高空中持续飞行，构建一个覆盖全球的无线通信网络，可以为公司在互联网领域再占先机。而Solar Impulse 2号机型的载人飞行，号称太阳能飞机载人航空事业的真正的革命，是真正适应长途旅行的飞机。

太阳能飞机代表的意义是清洁能源飞行的梦想，而这三个消息似乎都在释放这一个讯号：太阳能飞机即将成熟，人类的清洁能源飞行梦想即将实现。

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　　2014十大太阳能前沿技术之：太阳能纳米技术集中爆发

20世纪下半叶，纳米技术曾经“火”过相当长一段时间。当人们对这种神秘的由长度计量单位命名的技术有了一定的了解之后，纳米技术又被认为不过如此。真的吗？可喜的是，进入2014年以来，我们又看到了太阳能光伏相关的纳米技术的爆发性繁荣。

加拿大研究人员设计并测试了一种新型固态、稳定的光敏纳米粒子——胶体量子点技术，该技术或将用于开发更为廉价、柔性的太阳能电池及更好的气体感应器、红外激光器、红外发光二极管。此项研究成果发表在最新一期《自然·材料》上。

美国麻省理工学院（MIT）发布新闻稿称，MIT的科学家正实验在太阳能电池上敷一层碳奈米管涂层，来利用通常会浪费掉的光线波长，以提高太阳能电池的效率，理想情况下甚至可使电池效率超过80%。

据悉，复旦大学先进材料实验室、高分子科学系彭慧胜教授课题组最近成功研制出一种新型能源器件——取向碳纳米管纤维，使研发完全纤维状的“能源系统迈出了关键的一步”。基于这一技术制造的新型太阳能纤维电池，使人类随时随地、高效使用太阳能这种清洁能源的梦想有望成为现实。

北京大学邹德春教授团队提出并实现了无需透明电极的柔性纤维太阳能电池，通过制备工艺的不断优化，编织了35cm*35cm的电池模块；利用高效的纤维电极与纤维电池单元，研究团队制备了柔性的双面纤维太阳能电池模块；并结合纤维电池独特的三维采光特性，开发了新型的半透明聚光模块。纳米纤维太阳能电池的光电转换效率被提高至7.2%，制备了长度超过30cm的全柔性纤维电池，单根电池在自然光照下即可驱动螺旋桨工作。

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　　2014十大太阳能前沿技术之：“多彩”的太阳能技术

太阳能电池在大部分认得印象中，或许都是瓦蓝色的，即使是某些公司在硅片制造工艺上进行改进生产出来的黑硅产品，太阳能电池也说不上多姿多彩。然而，进入2014年来，各种各样的彩色电池技术终于让太阳能多彩起来了。

郭杰团队将电池制成了一小片“美国国旗”

美国密歇根大学电力工程与计算机科学、大分子科学与工程教授郭杰带领他的团队开发出了一种彩色太阳能电池方案。通过借鉴现在已经在显示行业相对成熟的非晶硅技术，郭杰终于解决了目前诸多所谓“彩色”太阳能电池的容易散光、背景模糊、视角不良、或是颜色不稳定等问题，并较好的保证了电池的透明度。

能透光、能发光的太阳能电池

而来自南洋理工大学的研究人员研发出的一款新型太阳能电池，不仅可以用作透光的玻璃，而且还能向外发光。研究人员称，这种电池核心是一种多功能新材料，名叫钙钛矿。这种玻璃能用来制成一种白天产生电能，夜里发光的镜面。科学家指出，这种材料同样可以用在智能手机和平板电脑上，如果这一假设实现，以后iPhone充值就只需扔到太阳底下即可。

美国科学家仅使用一层纤薄的塑料将太阳光聚集在一块由砷化镓制成的太阳能电池上，就让太阳能电池的能效增加了一倍。这一方法不仅降低了太阳能电池的使用成本，当太阳光照射在塑料薄片上时，会被薄片上一种专门捕获太阳光的染料吸收。由于这是一种发光染料，它会将吸收的光释放出来，但释放出的光大部分都被局限在塑料薄片内部，因此，这些太阳光会在塑料内部弹来弹去，直到抵达太阳能电池内部。 

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