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【中國環保在線 技術前沿】俗話說，技術創新是生產力，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。2016年太陽能行業勢頭大好，一個又一個的技術突破證明了太陽能發電的良好前景。
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便宜的能源之一。但是盡管如此，相對于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，太陽能發電又靠什么來降低發電成本，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并未讓人失望，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。下面將為大家盤點光伏行業2016年度新技術和突破性進展。
松下推出新型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，但能效居于行業。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，相比于傳統60片電池而言，不浪費空間，高溫情況下性能表現更好。并且，此新型太陽能電池組件幾乎適用于所有的住宅應用，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，可避免積水或變干后的水漬，減少能源輸出耗損效率。
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)宣布研制出轉換效率為22.6%的CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池。轉換效率超出日本制造的電池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，屬于測試電池標準大小。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表面的沉積后處理，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。由于效率提高，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占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將與業界的合作伙伴Manz合作，將這一新技術從實驗室輸出走進工廠。Manz總部位于德國羅伊特林根，提供CIGS薄膜太陽能電池組件交鑰匙生產線。
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%，此后不久，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制造太陽能電池片，在單結太陽能技術領域實現了世界高能效。此次，阿爾塔推出的全新雙結技術建于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。
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；經電漿活化后，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%，并由Fraunhofer實驗室檢證完成。
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后，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。據位于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技術廣泛應用于太陽輻射大的地區。2014年，弗勞恩霍夫及其合作伙伴法國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，是光電轉化效率的高紀錄。
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，新設備并未“作弊”，而是在正常光照條件下取得的這一成績。
新裝置由嵌入棱鏡的四片迷你模塊結合而成(大小為28cm2)，當陽光照射棱鏡的時候，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。在玻璃棱鏡的一側，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，能夠有效地利用光能，而剩下的光能會傳遞到下一層、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%并走入家庭應用”。eevers在一篇聲明中稱：“通過讓每一束光線產生轉化成盡可能多的能量，對于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”。
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，利用涂布技術制作的串聯型鈣鈦礦太陽能電池實現了20.3%的高轉換效率，并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志《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，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?，F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涂布技術制作，再貼合到一起制成串聯型。
兩層都制成鈣鈦礦太陽能電池的困難在于第二層的制作。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，還采用了錫(Sn)和銫(Cs)。將其用于串聯型，獲得了20.3%的轉換效率。據稱，鈣鈦礦太陽能電池，尤其是基于Sn的電池存在耐久性非常短等問題，而此次的制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。
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，當碰到下雨或多云的天氣，太陽能電池的發電效率也隨之大打折扣。中國科學家借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)與云南師范大學(昆明)的科研團隊在德國期刊《應用化學版》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，即路易斯酸堿電子理論，這一屬性也可用于去除溶液中的鉛離子和有機染料。
該科研團隊受路易斯酸堿電子理論啟發，使用石墨烯薄膜來從雨水中獲取電能。要知道，雨水并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，然后把它們放在一種由銦錫氧化物和塑料制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%，并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，但這一研究尚處于概念階段，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于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。
生物太陽能電池：苔蘚居然也能發電
西班牙加泰羅尼亞建筑學院的學生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墻磚。
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，可應用于城市地區是Mitrofanova的目標之一。苔蘚光伏電池的組織形式有并聯和串聯電路兩種，可安裝在建筑物的外墻。
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，該系統并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。如采用薄膜太陽能電池板，發電效率會提升至31%。同時，研究者們采用一種全新設計的“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，將熱量收集并進行存儲，驅動蒸汽渦輪，生成約占本系統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，并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，效率多只有31%。
原標題：【年末盤點】2016年太陽能光伏行業前沿技術
