清華大學寧存政：新型高效低成本太陽能電池解析
2017-08-04 14:39:13
摘要：清華大學電子工程系教授，中組部“千人計劃”學者寧存政在“全球光伏行業趨勢及機遇分析”分論壇上作了《新型高效低成本太陽能電池解析》主題演講。
以下為寧存政演講文字實錄：
寧存政：謝謝大家。非常感謝主辦方給我這個機會，有機會跟光伏界的領袖和企業界或者是產業界的同行進行交流，我講的內容可能跟今天早上大部分的內容不太一樣內容不是現在有產品的東西，今天早上幾位都講過，雖然近幾年成本大幅降低，但降低的速率慢下來了，將來某一天，我們把現有的潛力挖進的時候，我們需要新的技術跟進，保持我們的領域的整個的勢頭。
作為在大學，我們研究一些未來的技術，這個圖大家已經看過幾次了，目前太陽能電池效率和時間以及發展歷史，主要四大類，一個是單晶多節太陽能電池，然后單晶硅，然后薄膜電池，然后新型電池，這個新型電池的斜率高多了。
底下的這個是廉價的，低效型的，大家可以看到，薄膜單晶硅這些技術，大時候屬于一種相對效率比較低，但成本也比較低的技術。相對的呢，我們有多節聚焦技術，這個技術的成本效率非常高，大概40以上的效率，那么相應的成本也比較高。我們過去10年，我們努力的或者工作研究的重點，在這塊有沒有可能發展出新的技術來？這也就是說我們的高效，有沒有高效、低成本的組合？我們這個低成本呢，跟高效率通常是個矛盾的東西，大家很清楚，那么就是說對我們研究的角度來說，有沒有低成本的辦法，成長出一種高質量，滿足多結太陽能電池要求的材料？
上面生長的所有的層，跟底下的基底要匹配，那么任何的不匹配都造成非常大的質量和效率的問題，那么成本的這個主要的大致有兩點，一種是需要非常高質量單晶材料，另外這種技術目前的成本還是太高，過去剛開始幾十年主要用在空間、衛星什么東西，現在開始大型電站也在用，成本我就不去再仔細講了，我剛才講的太陽能電池在豎直方向堆起來，道理很簡單，就是說跟剛才豎直方向不一樣，現在橫方向攤開，我需要色散光學，這樣的話，我如果在不同的帶隙的半導體吸收材料吸收不同波長，可以達到跟豎直波長一樣的效果，但不同的地方，這個時候我不需要把不同的能隙寬度材料堆到一塊兒，這樣的話對生長的要求相對要弱多了，第一次很早了，一九八幾年，幾十年了，近幾年有各種各樣不同的做法，怎么把不同的光在空間給分開不同地方去吸收，這是一個原則。最近有些效率還不錯的做法，那么問題是什么呢？為什么這個概念幾十年沒有得到非常大的重視和注意力呢？主要一點，光學部分比較簡單，現在有非常便宜的光學，做得效率非常高，問題就是這種我們需要橫向材料，我們不可能在一個單一基底上長出能隙不同的材料，那么怎么做呢？找一塊硅，然后從分別不同的基底上剝離，轉到一個平臺上，大家也可以想像，做工藝、做加工的人都知道，過去幾十年主要停留在研究階段，沒有真正的企業起來。我們最近大概八九年、十年研究的重點，有沒有一種本身，避免剝離、轉移的昂貴過程。核心細節之一，有沒有低成本的辦法，可以生長橫向多節電池需要的高性能吸收材料，我們用一種比較薄膜生長的辦法，我們需要的多能隙的半導體一次生成。
我們從左到右變核心組分，本真發光，每一個地方不同能隙的寬度，你可以通過分光以后，可以把分光的波長位置和吸收位置匹配起來，我們做了幾十個點的硬光譜，質量非常好。
我們可以用硅，或者其它的，更便宜的，然后我們長一些柱狀的楨列，基本上什么材料，有一不中普適的基底。是第二點技術的關鍵。
那么概念上怎么做？比如生長一個基底，事先圖形化，我們根據光學的要求，色散以后，做橫向的多極多個正負電極在橫方向做，最近我們有一個，我們把色散聚焦的光學和我們這個電池吸收材料整個集成起來，我們最近設計的整個的厚度大概到幾個厘米，這樣你可以看跟通常的聚焦電池的結構非常不一樣，做成非常薄的一種，普通的平板太陽能電池板看起來差不多，但是是高聚焦的電池。各個部件已經做出來了，按照目前的三節電池優化后的率，可以和多節電池差不多的程度。
我稍微總結一下，我們的優勢，低成本的原因和高效率的原因，不需要高成本的單晶基底、不需要昂貴的薄膜外延設備、不需要昂貴的前驅材料，材料生活過程和薄膜相當，所有加工工藝過程和薄膜電池相當。高效率就在于吸收半導體為高質量的單晶材料等等圖上這些，我們的口號和目標，有沒有一種薄膜的成本和多節的效率，這是我們的口號和目標，謝謝大家。(能源新聞網)
