2013年太阳能光伏行业十大前沿技术

 2013年，光伏行业依旧不平静。尚德破产被整并收购、赛维LDK也多次游走于危险边缘。昨日风光无限，今日却成难兄难弟。中欧光伏“双反”案纷争，光伏玻璃双反，太阳能电池出口限价，欧洲的经济危机的余波仍然在震荡正国内光伏企业的根基。光伏行业经历了一个快速发展的时代，许多企业借着这股势头积累了所谓的第一桶金。那是一个多么好的时代！可惜好景不再，如今，光伏行业正经历云谲波诡的时代。风起云涌，淘沙大浪之下，谁得真金？

光伏行业的动荡仍然在折磨着人们的神经，但终究只是外力纠缠。只要“内力”深厚，技术够强，任它清风拂山岗。而如果只是墨守成规，吃死一碗饭，大江明月下你无处容身，就只能惨淡出局。在光伏产业中，这句话尤为沉重。光伏企业在萧索中艰难前行，前狼后虎。在生存之战中，先进的技术，会让你比别人跑得更快，变得更强。技术改变命运，新锐的技术在降低光伏生产成本，提高效率上至关重要。技术引领着产业的走向。本篇文章，OFweek太阳能光伏网将为大家总结2013年度光伏业最具前瞻性和探索性的十大新技术和突破性进展。关注这些技术，它们可能改变明天！

　　Top1.效率首超多晶硅，CIGS薄膜太阳能电池技术效率达20.8%

关键字：薄膜太阳能电池，CIGS，20.8%

在全球范围内，晶体硅太阳能电池目前仍为光伏主流技术，而薄膜太阳能电池则在“光电转化率”相对处于劣势。然而，汉能控股集团董事局主席李河君于今年11月20日放言，“未来十年薄膜技术必将取代多晶硅光伏电池”。 在他看来，薄膜生产过程无污染，生产成本更加低廉，而汉能目前掌握的技术可以让转换效率不断上新台阶，他还用黑白电视、彩电和液晶电视的关系来比喻多晶硅与薄膜电池的关系。

印证他这句话的，就是德国巴登－符腾堡邦太阳能暨氢能研究中心（ZSW）最新研究成果：高效CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池。

2013年10月28日德国巴登符腾堡州太阳能暨氢能研究中心ZSW开发出了一款新型薄膜太阳能光伏电池，其效率达到20.8%，超过现有多晶硅太阳能电池效率技术，创下世界新纪录。并正式由德国Frauenhofer太阳能中心（ISE）认证。

在高效太阳能电池研发竞赛中，太阳能暨氢能研究中心（以下简称ZSW）创下的这项新的世界纪录，为其添注了浓重的一笔。

ZSW研究员将CIGS薄膜太阳能电池的效率提高到了20.8%。这一数字创下薄膜太阳能电池光电转换效率新纪录。薄膜电池效率第一次超过了主导市场的多晶硅太阳能电池。这项新研究成果将进一步降低未来开发太阳能的成本。

这块大小为0.5平方厘米的创纪录CIGS薄膜太阳能电池从研究所实验室诞生，利用实验室设备通过共蒸发法而制成，共蒸发法原则上可被转化为工业生产工艺流程。

这项最新CIGS薄膜太阳能电池技术，其转化效率首次超过了目前市面上广泛使用的多晶硅太阳能电池，并弥补了过去薄膜太阳能电池价格较高的唯一缺点。极大地确认了CIGS薄膜电池在未来发展的前景。多晶硅电池独领风骚，主导市场已有将近30年的历史。如今已被CIGS超越，老大地位被取而代之，或许指日可待。

独家掌握这一世界科技记录的CIGS技术的使用权的Manz集团，将很快实现产品的批量生产。早日对亚洲特别是中国的竞争对手形成优势。

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　Top2.CZTS薄膜太阳能电池，效率12.6%，打破了同类太阳能电池世界纪录

关键字：薄膜太阳能电池，CZTS，12.6%

对于薄膜太阳能电池来说，今年的好消息不仅止于CIGS薄膜电池的研究成果。日本薄膜电池组件制造商Solar Frontier宣布该公司制造出效率为12.6%的CZTS铜锌锡硫电池，打破了同类太阳能电池世界纪录。这块转换效率高达12.6%、面积为0.42 cm的CZTS太阳能电池，是技术开发公司IBM和东京应化工业公司联手进行研究获得的成果。这项研究结果得到光伏技术供应商Newport Corporation的独立证实，并在11月27日发表在《先进太阳能材料》杂志上。
据该公司称，使用CZTS技术可以有效降低生产成本，收集的电能比使用c-Si（晶体硅）太阳能电池更多，在组件组装中的电量由于电阻所带来的损耗也更小。

Solar Frontier首席技术官Satoru Kuriyagawa说到：“能够在这么短的时间内打破我们之前创下的纪录，这表明了CZTS大规模工业生产的潜力。而且，我们正在努力把效率提得更高。”不过，对于该技术的商业推出的计划，Solar Frontier暂时没有给出更多的细节描述。

Solar Frontier之前创下了CZTS太阳能电池效率转换效率11.1%的纪录。并在30cm×30cm的CIS（铜铟硒）电池组件和无铅CIS电池组件上分别实现了17.8%和19.7%的效率。其生产的的商业CIS电池效率为13.8%。该项研究从2010年开始，并由Solar Frontier 和IBM两家公司合作展开。

而作为同类发展的CZTS电池技术，今天7月，IMEC和Solliance研制出了一片CZTS薄膜太阳能电池（大小为1x1cm2，AM1.5G），效率达到9.7%。

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Top3.高效4结太阳能电池，冲击50%的转换效率

关键字：4结太阳能电池，44.7%

一般所说的高效多结太阳能电池是指针对太阳光谱，在不同的波段选取不同带宽的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联形成多结太阳能电池。下图是一个典型的多结太阳能电池示意图。其中顶层的InGaP电池、中层的GaAs电池和底层的Ge电池带隙分别为1.86eV、1.40eV和0.65eV。在顶层和中层相邻两个电池间设有宽带隙的异质结构隧道结，使得入射光能顺利通过顶层电池到达中层的GaAs电池。同时提供高的结间势垒，防止两层中产生的少子扩散。

据物理学家组织网9月24日报道，德国弗朗霍夫太阳能系统研究所、法国聚光光伏制造商Soitec公司、德国柏林亥姆霍兹研究中心携手宣布，他们制造出一款在297倍聚光光线下光电转化效率高达44.7%的四结光伏电池，创造了新的世界纪录。他们表示，最新研究有望大幅降低太阳能发电的成本并为获得转化效率50%的太阳能电池铺平了道路。

其实，早在今年5月份，上述三家机构和企业就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。在此成果基础上，科学家们经过进一步的研究和详细优化精炼，终于制造出了光电效率达44.7%的太阳能电池。

这些太阳能电池主要用于聚光光伏设备中，聚光光伏技术（CPV）是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术。利用光学元件将太阳光汇聚后再进行发电的聚光太阳能技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。

最新研制出的四结太阳能电池中的子电池单结是由不同的III-V族（元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb等）半导体材料制成，这些结点逐层堆积，单结子电池能吸收太阳光光谱中不同波长的光。

这项研发工作的负责人、弗朗霍夫太阳能系统研究所的弗兰克·狄默思表示：“多年来，我们一直致力于这种多结太阳能电池的研发工作。这种四结太阳能电池是我们多年心血的结晶。除了改进材料和优化结构之外，被称为“晶圆键合”的新工艺技术在研发过程中发挥了关键作用。凭借这一技术，我们能将两个半导体晶体有序地结合起来，而不是让其胡乱地堆积在一起。利用这种方式，我们能生产出最佳的半导体结合体，从而制造出效率最高的太阳能电池。”

Soitec的主席和首席执行官安得烈-雅克利曼·安德里-荷夫表示：“在不到4个月的时间内，太阳能电池转化效率的记录提高了1%，这证明四结太阳能电池设计方法极具潜力，我相信，太阳能电池的转换效率即将超越50%。”

　Top4.树木制造太阳能电池

关键字：纤维素纳米晶体（CNC），太阳能电池基板

乔治亚理工学院的教授伯纳德·基普伦（Bernard Kippelen）主导了这项研究，普渡大学材料科学与工程学院副教授杰弗里·扬布拉德（Jeffrey Youngblood）合作参与到了其中。基普伦同时也是乔治亚理工学院有机光电学中心（COPE）的主管，他表示他们的成果为寻找真正的可循环、可持续、可再生太阳能电池技术打开了一道新的大门。此次的研究正是COPE的最新项目，他们的主要研究方向是印刷电子技术（比如我们报道过的透明电路），实际上COPE在去年就推出了史无前例的全塑料太阳能电池。


“为太阳能技术开发的有机基板愈发成熟，这为工程师们指出了未来的应用方向。但是也要时刻牢记，有机太阳能电池必须同时具备可循环性。假使我们的技术能利用可再生能源来获取能量却不能在使用寿命结束后对其进行正确的处理，那么我们就只解决了对化石燃料的依赖这一个问题，甚至可以说我们同时又为自己创造了一个新的难题。”基普伦说。

迄今为止，太阳能电池主要都是装配在玻璃或者塑料基板上的，这两者无一是易于循环利用的，而且不环保。举例来说，如果用玻璃装配的太阳能电池在制造或安装过程中发生了破碎，那么随之产生的无用材料将难以处理。纸质基板环保，然而它们的性能表现却受制于其高度粗糙并且多孔的表面。至此，用木料制作的纤维素纳米材料基板的优势就显现出来——它们绿色环保，可再生又可持续，而表面粗糙度值仅为两纳米。

基普伦说：“下一步我们的工作方向是将功率转换效率提升到10%以上，这一数字将接近于那些装配在玻璃或者石化材料基板上的太阳能电池。”他们的团队计划通过优化太阳能电池电极的光学特性来达到这一目标。

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　Top5.太阳能电池长出血管

关键字：仿生学，自修理太阳能电池

美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员效仿有机血管系统的通道，创建出可自修复的太阳能电池设备，使得由于阳光中紫外线降解致使性能降低的太阳能电池恢复其性能。该研究结果刊登在《自然》旗下期刊《科学报告》上。


如果一时不能理解太阳能电池是如何“医治”自身的，可以看看树的叶子或你的手背。“分支”血管通道是整个叶片和手用来循环维持生命的营养物质，而这成为激发研究人员建立高效率和低成本太阳能电池的灵感。

这种染料敏化太阳能电池（DSSCs）由水基胶芯、电极及价格低廉的光敏性有机染料分子组成。受激于太阳光线产生电力的染料分子最终会降解而失去效率，这是有机染料型太阳能捕光设备长期稳定运行的主要障碍之一，而模仿植物叶片的再生功能可望解决这一问题。

研究人员说：“叶子的分支网络能够保持其水分和养分含量，于是我们采取类似方式设计太阳能电池的微通道。让在高强度紫外线下呈现无效的光伏电池，通过抽进通道的新鲜染料获得再生，同时从电池循环出‘精疲力竭’的染料分子。这个过程促使设备在多个周期的电力生产中恢复有效性。”

新研究赋予了有机染料光伏发电系统微流体再生功能，嵌入式渠道的水凝胶介质通过对流扩散机制，允许光敏试剂快速而均匀的供应。经过一个水洗激活周期，可以更换染料敏化光伏发电系统中的有机成分，恢复光伏性能。

Top6.高效聚光太阳能电池的35.5%和35.9%之争

关键字：聚光光伏CPV，35.5%，35.9%

据市场研究机构IHS本周二发布的一份报告称，全球聚光光伏发电系统（CPV）市场即将呈爆发式增长态势，2013年到2020年，全球CPV装机量将猛增750%。

在这份最新的报告《2013年聚光光伏发电报告》中，IHS预测，到2020年聚光光伏系统安装量将增长至1，362 MW，而2013年CPV安装量为160MW。实际上，到2020年，CPV安装量将以每年两位数的增幅上涨。

我想，有了下面的技术作支撑，IHS做出的预测，或许更加令人信服

美国Amonix公司III-V太阳能电池模块效率达到35.9%

8月20日，经美国国家再生能源实验室（NREL）测试证实，美国Amonix公司宣布其研制的聚光光伏组件转换效率达到35.9%。该测试是根据最近通过的CPV IEC测试规定，测试条件为1000W/m2，电池温度25℃，即标准聚光测试条件（CSTC）。

Amonix公司宣称该结果是单结太阳能电池有史以来所达到的最高效率，也是可再生能源实验室第一次在标准聚光测试条件对太阳能电池组件进行量化评估。而以往的量化评级都是在电池的工作温度下进行。 Amonix公司和NREL的这次合作也在推动新测量技术的成熟。2013年4月，在标准聚光运行条件（CSOC）下，Amonix公司最新研制的太阳能电池模块的转换效率达到34.9％。2012年5月，该公司曾声称， 其太阳能电池组件在CSOC条件下的转换效率首次超过33%。

Amonix的创始人兼首席技术官Vahan Garboushian说：“此次IEC CSTC测试效率达到35.9％，是对IEC标准测试条件下电池组件效率的一次直接比较。随着太阳能连接等公司不断生产出更高效率的电池，Amonix将生产出具有更高效率的电池组件，并在不远的未来打破公司目前所保持的世界记录。”
无独有偶，今年9月份，美国聚光光伏（CPV）组件厂商Semprius公司发布了达到35.5%转换效率的商用聚光光伏组件，测试在聚光器标准测试环境（CSTC）下进行。该公司表示，该结果已由德国Frauenhofer研究院下属太阳能系统研究中心（ISE）验证成立。Semprius称，该效率记录超过了之前2012年该公司转换效率33.9%的记录。被测的组件是在该公司北卡罗来纳州亨德森的生产机构开发的。该组件整合了由美国CPV太阳能电池厂商Solar Junction提供的硅外延片。公司还称近期已在实验室研发出了达到CSTC下37.1%转换效率的CPV组件。

两大聚光光伏技术，似乎都在应证HIS的预估很可能实现。

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Top7.小小塑料片使太阳能电池效率倍增

关键字：效率加倍，染色塑料

美国研究人员发现了一种轻薄的染色塑料薄片，不仅可削减太阳能电池的成本，而且可使太阳能电池输出能量实现倍增。


据麻省理工《科技创业》杂志周四报道，美国伊利诺伊大学研究人员使用染色的塑料薄片收集阳光，并将其集中到一块砷化镓太阳能电池里，从而可以使电池的输出能量增加一倍。

目前，研究人员已经证明该方法适用于单一太阳能电池，但他们计划做出更大的，点缀着许多微小的太阳能电池阵列的塑料片。该方法既可让太阳能电池板产生更多的电力，又可通过减少光伏材料的消耗而使面板成本降低。

Top8.“花朵集中器” 采光率增10倍

关键字：10倍采光率

据英国每日邮报报道，目前，IBM研究人员从自然界中获取灵感，最新设计一种“花朵”太阳能集中器，声称将带来太阳能的革命性变化。

这种新颖装置使用一组镜面聚焦太阳光线至“整流芯片”，专家称一个“花朵”太阳能集中器便能为偏远地区提供电能。科学家希望这个项目能够形成一个光伏发电系统，收集80%的太阳入射光线，并转换成为有效能量。

花朵太阳能集中器使用一个较大的抛物面，由多个镜像晶面构成，它们附着在一个跟踪系统，能够探测到太阳位置的最佳角度。一旦太阳能集中器设置排列完毕，太阳光线在镜面上反射至几个具有光电芯片的微孔道液体冷却接收器。通常情况下每个1×1厘米芯片一天八小时阳光照射能够转换成200-250瓦电能。

这个太阳能系统被称为经济高强度光电热量系统（HCPVT），整个接收器结合了数百个芯片，可提供25千瓦电能。光伏芯片装配在微观等级的冷却液管层上，几十微米厚度的芯片吸收热量的效率是当前系统的10倍。IBM研究所的布鲁诺-米歇尔说：“我们计划使用三倍组连接光伏电池附在微孔冷却模块上，从而能够直接将30%以上收集的太阳光转换成电能，使余热恢复率达到50%以上。”

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Top9.月球狂想：月球建光伏电站

关键字：嫦娥三号，太阳能开发

“神舟”为什么要飞天？“嫦娥”为什么要登月？或许不需要长篇大论，现代火箭之父戈达德的一句话就能解释：“因为昨天的梦想，就是今天的希望，也就是明天的现实。”也许，还因为我们以及我们先祖对星空的仰望。

人无远虑，必有近忧。化石能源枯竭已经不远，如何为人类寻找替代能源来源已成必然。经历过上世纪人类非理性航空竞赛的狂热，如今，人类的航天计划显得更加理性，更具目的性。能源资源的开发与利用，是这次重返月球浪潮的重点之一。月球上有丰富的太阳能以及核聚变燃料的利用。而且月球上的太阳能开发极具优势。由于月球表面没有大气，太阳辐射可以长驱直入，因此在月球白天月表太阳能辐射强烈，有丰富的太阳能；同时，月球上的白天和黑夜都相当于14个地球日，因此可沿月球纬度相差180度的位置分别建立太阳能发电厂，并采用并联式连接，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能。

日本一家叫清水株式会社的建筑工程公司，也曾经提出了一个惊人计划：将月球改造成一个超级太阳能光伏电站。

该计划设想在月球表面建设一个由大量太阳能电池组片组成的长6800英里，宽12英里的巨型贴地轨道环，并给它起了一个神话般的名字，月神之环。毫无疑问，这对于人类来说是一项十分浩大宏伟的艰巨工程，因此清水株式会社计划用工程机器人来进行建设，工作人员只需负责监控即可。

工程一旦完成，这个想象中的发电厂将源源不断地通过激光与电磁波向地球上的接收站输送能量。这个计划可以绕过地球上对太阳能利用的两大障碍，天气和黑夜，直接在月球上获取太阳光。清水株式会社声称，“月神之环”将向地球持续性提供13，000TW电能。与之形成对比的是，而美国夏季发电机总容量是1050.9TW。

当然，我们可以怀疑，有生之年将是否能享用到月球光伏电站所带来的好处。但这并不会阻碍我们对月球太阳能开发设想的期望之情。这将意味着取之不尽用之不竭的无污染太阳能终将得以有效利用，给我们带来繁荣的自然环境和生活。对月球的遐想，将会为人类的宇宙之梦留下无限幻想空间。

Top10.全太阳能动力飞机 飞上蓝天

关键字：太阳能动力飞机

全球第一架全太阳能驱动飞机“阳光动力号”（ Solar Impulse）完成横越美国的历史性飞行。这架实验性太阳能飞机于6日晚间在纽约肯尼迪国际机场降落，比预定计划提前了3个小时。

空客的翅膀，汽车的重量，昼夜不间断飞行！世界上第一架完全依靠太阳能、可实现昼夜不间断飞行的瑞士HB-SIA “阳光动力号”太阳能飞机。“阳光动力”开发者坦言发展此项太阳能飞机项目意在进一步拓宽太阳能资源的使用范围，打造“以太阳能为主的未来”。