動力電池怎麼階梯利用（馬丁格林教授）

2023-04-19 07:24:32 2

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雪梨新南威爾斯大學(UNSW Sydney) 卓越教授馬丁• 格林作為矽太陽電池方面的世界頂尖專家，斬獲了包括「全球能源獎」(Global Energy Prize) 在內的諸多國際大獎，其所組建的研究團隊是國際光伏領域最大、最知名的高校研究團隊，並發明了目前已成為主要商業電池的PERC 太陽電池。

以下為記者針對鈣鈦礦太陽電池的優缺點、PERC 太陽電池轉換效率的提升空間、未來光伏技術的發展瓶頸等問題對馬丁• 格林教授進行的採訪。

問：您如何評價第三代太陽電池——鈣鈦礦太陽電池？您認為它的優點和缺點分別是什麼？

答：目前，鈣鈦礦太陽電池確實引起了研究人員的關注，這項技術其實還是很不錯的，但它存在兩個問題，一個是缺乏穩定性，另一個是具有毒性。

鈣鈦礦太陽電池的主要問題是衰退率，在光照下的前8 個月，性能最好的鈣鈦礦太陽電池能保留97% 的性能，而標準化的矽太陽電池在第一年的衰退率是低於2%～3% 的。在隨後25～30 年間，鈣鈦礦太陽電池每年的衰退率會在0.5%以內。

由於光伏組件在全球範圍內廣泛使用，很多製造商向市場保證了25～30 年的使用期。所以穩定性是非常重要的一點，不穩定的組件是不能適應市場和投資需求的。

再者，鈣鈦礦太陽電池中含有鉛這種重金屬，可能對人類健康產生不良影響。鈣鈦礦能夠溶於水，鉛可能會析出並影響周圍環境。所以，現在很多研究人員都在考慮能否將鉛從裡面分離出來。

問：對於鈣鈦礦太陽電池的材料，您所在的實驗室是否有嘗試採用其他材料？

答：想要生產出與矽性能相似的材料，可以將一些金屬和非金屬材料以一定比例結合，生產出不同的半導體產品。我們現在也在研究其他與矽有類似性能的混合材料，主要關注的是含有硫的混合物。其中一種是將C( 銅)、Z( 鋅)、T( 錫)、S( 硫) 這幾種材料用適當的比例進行混和，就能夠生產較好的半導體產品。這些材料的優點一是無毒性，二是材料較為豐富，儲備也較多。現在雪梨新南威爾斯大學研究的這類材料所製備的太陽電池的效率取得了世界紀錄，但也僅為11%，我們希望將它提升到20%。

問：您覺得CZTS 太陽電池離大規模產業化還有多遠？

答：首先要將其效率提升到20%，這可能要花5 年或者10 年，也可能永遠都達不到20%。

問：PERC 太陽電池的效率是否還有提升空間？

答：目前雪梨新南威爾斯大學取得了PERC太陽電池效率25% 的世界紀錄。這種電池已開始被大多數中國及世界上一些生產商大規模化生產，若想使其效率達到30%，必須在矽上堆棧不同的材料來製成電池。在技術上實現40%的轉換效率其實也是可以的，可以利用一些比較昂貴的太陽電池材料，將太陽光進行聚焦和轉化。我們的實驗室結果證明這種方式能夠使PERC 太陽電池的效率達到40%，但是成本還是非常高的。

問：您認為p 型PERC 和n 型PERC 兩種技術哪個更有發展前景？

答：目前p 型PERC 太陽電池的生產量相對於n 型的較大。但是從性能上來看，兩者之間並無較大區別，性能非常接近。

問：現在各種各樣的光伏技術，比如PERC、MWT、疊片等，您認為光伏技術未來的主流方向是哪個？您如何看待異質結的未來發展？大矽片對於光伏產業未來的發展會有怎樣的影響？

答：一直到2018 年，世界上主要的太陽電池生產商還都是採用美國在20 世紀70 年代所開發的技術，當時美國對太陽能研發方面進行了大量投資。這項技術從研發以來，在過去的40 多年間都在被全世界的生產商所採用。

但是直到2019 年，終於有另外更先進的技術在出貨量上超越了美國此前研發的光伏技術，這就是雪梨新南威爾斯大學所開發的PERC 技術。今年確實是一個非常重要的年份，改變了過去40 年光伏主要技術路線的使用狀況。

對於矽片，行業一開始使用的尺寸是156mm，近期一些企業開始使用166 mm 的，也有另外一些企業使用超過200 mm 的，但到目前為止，還不是特別確定哪種會成為行業主流。

問：中國的光伏產業即將進入平價應用時代，在您看來，未來成本下降的空間還有多大？

答：成本還有進一步下降的空間，採用標準化的「矽」技術，成本相對於現在的價格可能還會下降50%，或至少下降25%～50%。問：澳大利亞光伏產品發展的技術路線與中國相比有什麼不同點？從目前光伏技術研發的情況來看，您覺得在全球範圍內，未來光伏技術發展的瓶頸在哪裡？您對中國未來能源體系的發展有什麼建議？

答：不同點在於：首先，中國是世界上最大的光伏技術使用國或消耗國，但從人均光伏使用量來說，澳大利亞更大一些。此外，澳大利亞的光伏產品相對於煤電來講競爭力更強一點，利用光伏發電的成本價格比煤電低，即使是在冬天，澳大利亞太陽能發電所佔的發電比例也能達到6%～7%，這個份額還是挺高的。

預計到2022 年，太陽能發電與風力發電所佔比例的總和會佔到澳大利亞總體發電量的30%。再者，中國是世界上最大的太陽電池生產國，但是澳大利亞不生產，主要是進行利用。

在太陽能發展方面，澳大利亞遇到的主要瓶頸是澳大利亞政府不是特別支持可再生能源的發展，儘管如此，太陽能在澳大利亞的發展還是非常迅速的。技術方面的瓶頸主要是在矽上進行不同材料的堆棧。

目前光伏組件的轉換效率其實只有20% 左右，如果我們在現有電池上進行半導體材料的堆棧，它的效率能夠提高到30%。現在我們面臨的挑戰就是要找到這樣的原材料，它需具有一定的特性，比如有效性、穩定性，並且應該是儲備充足的，沒有毒性。

找到這4 個條件都滿足的原材料，也是現在面臨的一個技術挑戰。至於建議，中國光伏產品已經做的特別好了，企業競爭力也非常強，所以沒有什麼特別的建議。

問：很多研究機構都提出來很大膽的想法或者計劃，比如在2050 年實現100% 的可再生能源利用，您從技術發展的趨勢來看，2050 年能否實現這個目標？

答：在技術上是完全可以實現2050 年對可再生能源100% 的利用比例。比如光伏行業，它的發展速度實際上比我們的預期要快，利用太陽能發電來取代煤炭發電，可能速度比我們想像的還要快。所以技術上應該是沒有問題的。

科技改變生活，探索創新永無止境。在實現光伏平價上網的道路上，降本提效是大勢所趨，而提高太陽電池效率作為其中重要一環，研究人員從未停止對它的探索。馬丁• 格林教授與他的團隊30 多年來一直在對矽太陽電池進行探索與創新，不斷提高太陽電池的效率，在這種精神的推動下，相信之後他與他的團隊會帶給我們更多的驚喜。

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