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锌黄锡矿光伏材料前景可期
2018-11-30 09:55  · 来源:中国能源报  · 作者:董梓童  · 责编:吕学谦

  11月19日,在首届中澳科技创新高峰研讨会上,悉尼新南威尔士大学与中国科学院战略咨询研究院宣布确立新型合作伙伴关系,将在“能源”“新一代材料”“人工智能”等领域,共同促进澳中两国科研工作的全球推广。研讨会期间,就未来两国光伏合作方向、储备技术发展、政策走向等相关话题,本报记者专访了悉尼新南威尔士大学光伏和可再生能源工程学院副教授郝晓静博士。

  中国能源报:作为锌黄锡矿(CZTS)光伏材料的研究者,您的团队已创造4项世界纪录,设定了其11%的基准效率,您认为该项技术有何优势?

  郝晓静:首先是成本优势明显。CZTS,C代表铜,Z代表锌,S是锡。这3种原料完全无毒无害,地壳产量丰富,所以整体成本很低。

  其次是降低了未来发展将受制于资源短缺的可能。目前,薄膜技术发展较好的是铜铟镓硒(CIGS),其中需要金属铟。从科学角度分析,铟是ITO(氧化铟锡)的主要组成部分,在LED领域应用非常广泛;LED需求越来越大,而铟并不是地壳储量丰富的元素,因此我们预测其价格会逐渐上升,将来如果CIGS做大做强,铟可能会成为限制其大规模应用的重要因素之一。基于此,我们团队提出了CZTS,以代替CIGS。

  再次,CZTS非常稳定,其自身是天然矿物质,即使在550℃-580℃的制备温度下,也可保持长久稳定。

  最后,应用场景广。作为薄膜技术,CZTS可以和交通工具相结合,可以做光伏建筑一体化,同时,还可以和晶硅相结合。

  此外,我们研究的CZTS项目引用了一个CIGS工业生产的设备,一旦CZTS光转化效率提升到20%,就可以直接应用于原生产设备,可降低一大笔成本。

  中国能源报:此次与中国科学院合作将采取哪种模式?

  郝晓静:确立合作关系只是一个起点,相当于将中澳两方能源领域的研究者聚集起来。未来我们希望建立一个人才智库平台,讨论学科行业内面临的难题与挑战,这可以是单个领域内部的合作,也可以是交叉学科之间的合作,比如新一代材料和光伏的结合。此外,我们还希望可以和工业界、政府联合,将三方资源整合起来,以解决目前全球面临的气候变化、温室气体排放等问题。

  针对我所研究的光伏领域,我认为中澳科研机构的强强联合非常重要,这有助于双方审时度势、互相学习,推动进一步发展。举例来说,目前中国在集中式光伏电站上的成绩十分突出,可以说在全球起到了领军作用,但在分布式光伏方面,市场并没有打开,相对来讲,澳洲在分布式光伏方面做得稍好。因此,在各自较强的领域,有很多可以深入展开合作的项目。并且,随着大数据、云端、自动化、物联网的进一步发展,智能网络也是双方关注的重中之重。另外,虽然目前光伏产业化进程速度很快,但是我认为太阳能并不局限于集中式和分布式市场。有光的地方就可以发电,未来太阳能电池如何和电动车进一步结合,赋能充电桩,都是值得思考的问题与方向。

  中国能源报:请您介绍一下澳大利亚分布式光伏发展的具体情况。您认为有哪些经验、教训值得中国学习、借鉴?

  郝晓静:我用一组数据来回答这个问题——在澳洲,除去公寓,每5栋家用住房中就有1家安装了屋顶光伏,成绩还是较为突出的。

  我认为这得益于三个方面。

  首先,澳洲政府设有专门支持新能源发展的科研机构ASI,后转化为ARI。这个机构是一个基金机构,涵盖新能源领域从基础研究到实验室,再到产业化的全部过程,对澳洲光伏的发展起到了至关重要的作用。

  其次,澳洲早期曾出台过一个非常值得推广的政策——用户主动购买太阳能电池就可以获得补贴。虽然目前全球光伏产业发展很快,但是使用太阳能发电或其他新能源电力,对用户来说还是一个新事物。所以,我认为当时这个政策在很大程度上提升了用户接受新型电力的意愿。当用户得到实惠了,电费降低了,甚至还能从中盈利了,整个产业就会自然而然地发展起来了。另外,澳洲也实行过一段时间的上网电价补贴,持续时间不长,但效果明显。所以,从澳洲的经验来看,我认为政策的出台要注意两点,一是适时,二是针对不同的市场要有不同的政策。

  当然,中国的情况和澳洲是不一样的。从住房结构看,独栋家庭住房数量不多,公寓占大多数,但仍可寻求其他发展模式,毕竟在大规模应用领域,商业模式有无限可能,这或许还需要政府的支持。针对于中国的现状,我认为,制定一个有梯度的补贴政策可能是不错的选择。因为每一个光伏企业所处的发展阶段都不同,这就需要制定一个综合性政策,以维持光伏行业的健康发展。

  中国能源报:您如何预测光伏行业的未来技术发展趋势?

  郝晓静:目前,全球90%的市场是晶硅市场,经历大规模产业化后,晶硅价格优势明显,其他新型太阳能电池很难与其抗衡。但要和火电谈竞争力,晶硅电池还需要进一步提高光转换效率、降低成本。不可否认的是,目前晶硅可压缩成本的空间正逐渐缩小。剩下的10%是薄膜市场,薄膜的特点在于重量轻、可弯曲,应用场景丰富,能适用于船、车等交通工具,在光伏建筑一体化上也可大展拳脚。

  目前有很多人关心,薄膜到底可不可以代替晶硅成为下一个主流技术?针对目前大部分企业是做晶硅的现状,有一种观点是将薄膜作为高效叠层太阳能电池和晶硅相结合。在这种情况下,不仅可以提升产品的光转换效率,薄膜还可以和晶硅一起发展,实现产业化。薄膜的成本通过产业化降下来后,或许可以成为第二代电池逐渐崛起。

  目前,还有企业研究超薄晶硅,或将低级别的硅氢能化,以提升它的转换效率。另外,在新材料方面,除CZTS外,钙钛矿也是新材料热点,但还需克服不稳定的问题。

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