基于組合評價的太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)的研究

黃魯成　李　劍

摘要：關(guān)鍵技術(shù)的研究對于太陽能電池產(chǎn)業(yè)化能否成功起著至關(guān)重要的作用。文章在梳理技術(shù)評價研究方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了主客觀相結(jié)合的組合評價模型來確定太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)?；诩夹g(shù)路線圖的主觀評價模型考慮了關(guān)鍵技術(shù)可能出現(xiàn)的時間，提高了評價結(jié)果的科學(xué)性?；谖墨I(xiàn)計量的客觀評價模型引用了大量的期刊文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，提高了評價結(jié)果的客觀性。組合評價模型將主客觀評價的結(jié)果進(jìn)行了組合，降低了評價結(jié)果表現(xiàn)最差的情形發(fā)生的概率，

關(guān)鍵詞：太陽能電池產(chǎn)業(yè)化；關(guān)鍵技術(shù)；技術(shù)路線圖；文獻(xiàn)計量分析；組合評價

太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)是指能使太陽能電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的各個系統(tǒng)(材料系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)等)得到整體優(yōu)化。并使太陽能電池在較低成本條件下實現(xiàn)其最大產(chǎn)品功能的技術(shù)。太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化需要企業(yè)和政府管理部門投入大量的資金和人員。如果不在太陽能電池產(chǎn)業(yè)化前找到關(guān)鍵技術(shù)，就會使產(chǎn)業(yè)化的過程困難重重。給企業(yè)和政府帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

一、研究現(xiàn)狀與新思考

從文獻(xiàn)的查閱來看，以德爾菲問卷調(diào)查法為數(shù)據(jù)來源的太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)的評價方法最為豐富和成熟。在這個研究領(lǐng)域具有代表性的專家是東南大學(xué)王碩，他提出一組包含專家自身權(quán)重的定量與定性相結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)評價模型，為研究關(guān)鍵技術(shù)提供理論和方法論依據(jù)。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)是一種客觀數(shù)據(jù)，通過對這些客觀數(shù)據(jù)的研究，能夠得出一項技術(shù)在太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵程度。波蘭國立大學(xué)的Tugrul U.Daim教授使用文獻(xiàn)和專利計量法獲得數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸入情景規(guī)劃、成長曲線和類推法的預(yù)測模型中。分析了燃料電池、食品安全和光電通訊三個行業(yè)產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

從國內(nèi)外的研究文獻(xiàn)來看，關(guān)于太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)評價的研究成果存在三個突出的問題。(1)以文獻(xiàn)計量作為數(shù)據(jù)源的客觀評價模型只考慮了詞頻分析，而沒有從共詞分析的角度研究技術(shù)之間的關(guān)系。(2)在關(guān)鍵技術(shù)評價的定性研究方法中，與德爾菲法相結(jié)合的定性分析受調(diào)查問卷設(shè)計和專家組的影響很大。(3)單一模型的預(yù)測評價風(fēng)險大。

綜上所述，在總結(jié)技術(shù)評價方法的前提下。論文構(gòu)建了一個將技術(shù)路線圖法和文獻(xiàn)計量法研究結(jié)果相組合的技術(shù)評價模型，如圖1所示。

二、主觀評價模型

本節(jié)引用技術(shù)路線圖的理論和方法，研究如何設(shè)計繪制太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的技術(shù)路線圖，找到影響太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)。技術(shù)路線圖的研究方法可以依靠專家知識對新技術(shù)進(jìn)行評價，從眾多的技術(shù)中找到影響太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計出太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化道路。

1、技術(shù)預(yù)測。該步驟的目的在于確定太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中需要解決哪些新技術(shù)以及能夠解決的時間。首先。以太陽能電池為關(guān)鍵詞在美國科學(xué)情報研究所創(chuàng)建的科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫中檢索出有關(guān)文獻(xiàn)，然后使用bibexcel軟件提取出所有文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞，然后進(jìn)行詞頻分析找出頻次高的技術(shù)作為太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中需要解決的新技術(shù)。其次，專家對前面找出的新技術(shù)進(jìn)行篩選和補(bǔ)充，刪除與太陽能電池?zé)o關(guān)的技術(shù)和補(bǔ)充進(jìn)文獻(xiàn)中沒有提到的相關(guān)新技術(shù)，最后，專家確定新技術(shù)可能被攻克的時間順序。

2、層次分析模型。該步驟的目的是建立太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)評價的層次分析模型。該模型的技術(shù)指標(biāo)體系包括：技術(shù)指標(biāo)和指標(biāo)下的技術(shù)影響因素。以及技術(shù)指標(biāo)間和技術(shù)影響因素問的權(quán)重。專家參與確立指標(biāo)與分配權(quán)重的工作。該步驟分兩步來完成。第一步：專家根據(jù)太陽能電池的介紹和技術(shù)檔案，確定太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)下的技術(shù)影響因素。第二步：專家根據(jù)第一步列出的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)影響因素，確定它們之間彼此的權(quán)重。

3、新技術(shù)的專家評價。該步驟的主要目的在于根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建的層次分析模型對列出的新技術(shù)進(jìn)行評價。第一組專家根據(jù)自己對每一項新技術(shù)的理解對其進(jìn)行打分，分值從0分～10分，10分代表此項技術(shù)在該技術(shù)影響因素上表現(xiàn)出卓越的性能，0分則相反。而后回收專家的問卷，并對太陽能電池新技術(shù)的打分結(jié)果按照層次分析模型的評價方法進(jìn)行計算，從而得到每個太陽能電池新技術(shù)的平均得分。

4、繪制技術(shù)路線圖。該步驟的主要目的在于繪制技術(shù)路線圖，連接技術(shù)路徑，確定關(guān)鍵技術(shù)。該工作由研究者完成。而專家負(fù)責(zé)對技術(shù)路線圖進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)太陽能電池技術(shù)對總目標(biāo)的影響程度，并根據(jù)在太陽能電池技術(shù)檔案中反映出來的該項技術(shù)可能實現(xiàn)的時間，可以得到太陽能電池技術(shù)路線圖，如圖2所示。關(guān)鍵技術(shù)就是每一條技術(shù)發(fā)展路徑上對太陽能電池產(chǎn)業(yè)化貢獻(xiàn)最大的新技術(shù)。太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)為：多晶硅薄膜技術(shù)、納米晶TiO₂薄膜技術(shù)、染料敏化技術(shù)和CuGaS₂薄膜技術(shù)。

三、客觀評價模型

1、確定期刊數(shù)據(jù)庫。本文確定的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫為科學(xué)引文索引(SCI)。在SCI檢索相關(guān)文獻(xiàn)時，為了排除不相干文獻(xiàn)的干擾，本文使用引文法界定太陽能電池領(lǐng)域的重要文獻(xiàn)。本文以期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》為母本，根據(jù)被引頻次確定12種太陽能電池的期刊數(shù)據(jù)庫。

2、詞頻分析。以“Solar Cell*”為主題詞，從確定的12種期刊中下載2000年-2009年關(guān)于太陽能電池的技術(shù)文獻(xiàn)共計10 791篇。將上述文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后，形成的純文本數(shù)據(jù)作為分析的源數(shù)據(jù)庫。利用Bibexcel軟件對源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)鍵詞詞頻分析，得出20個技術(shù)關(guān)鍵詞作為太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)庫。

3、共詞分析。由于關(guān)鍵詞的詞頻分析只能分析專家對各種技術(shù)的關(guān)注程度。而無法得知太陽能電池各種技術(shù)之間的關(guān)系和技術(shù)結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)的共詞分析方法很好的解決了這個問題。首先，對文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻分析。其次，選取詞頻數(shù)大于2的221個關(guān)鍵詞進(jìn)行共詞分析。再次，選取共詞頻數(shù)大于2的293個共詞對，使用Pajek軟件制作出具有133個節(jié)點(diǎn)的太陽能電池技術(shù)的知識圖譜。最后，使用小群體分析和中心度分析對知識圖譜進(jìn)行修飾，如圖3所示。

4、技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的中心性分析。在社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，中心性是一個重要的個人結(jié)構(gòu)位置指針。評價一個人重要與否，衡量個人地位的優(yōu)越性和特權(quán)性等常用這一指標(biāo)。使用Pajek軟件進(jìn)行中心度分析的目的是將133個太陽能電池技術(shù)按照技術(shù)之間的共現(xiàn)關(guān)系。繪制出它們之間的知識圖譜，得出太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)。所以。基于文獻(xiàn)計量分析得出的太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)是：多晶硅薄膜技術(shù)、納米晶TiO₂技術(shù)、染料敏化技術(shù)、硅薄膜技術(shù)、CIS薄膜技術(shù)、CdTe薄膜技術(shù)和CIGS薄膜技術(shù)。

四、組合評價的具體步驟

把組合評價的思想應(yīng)用于太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)的研究，給準(zhǔn)確找出關(guān)鍵技術(shù)這一難題提供了一種新的思路。在實際工作中。技術(shù)管理者經(jīng)常面臨不同的方法得出不同的多個結(jié)果如何取舍的問題，組合評價給技術(shù)管理者提供了一個新的決策思路。

1、評價結(jié)果的單位化。由于技術(shù)路線圖法和文獻(xiàn)計量法是兩種截然不同的評價方法，這兩種方法用來評價太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中關(guān)鍵技術(shù)的問題，得到的關(guān)鍵技術(shù)的評價值是不能直接來比較和計算的。但是?？梢愿鶕?jù)每種評價方法得出的關(guān)鍵技術(shù)的評價值的相對數(shù)來進(jìn)行比較和計算。因此，這就需要將兩組評價值進(jìn)行單位化。

2、簡單平均權(quán)重的組合評價結(jié)果。作為思想上最簡單的權(quán)重形式，簡單平均權(quán)重在實際應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。簡單平均權(quán)重的組合評價在絕大多數(shù)情況下能夠體現(xiàn)組合評價的價值。而簡單平均權(quán)重在應(yīng)用上也是非常簡便的，適用的條件也比較寬松。利用簡單平均權(quán)重的組合評價法得出太陽能電池產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)是：納米晶TiO₂薄膜技術(shù)、涂料敏化技術(shù)、納米晶ZnO薄膜技術(shù)、多晶硅薄膜技術(shù)、非晶硅薄膜技術(shù)、銅銦硒薄膜技術(shù)、硅薄膜技術(shù)和CuGaS₂薄膜技術(shù)。

五、結(jié)論

綜上所述。作為太陽能電池材料，III-V族化合物及CIS等由稀有元素所制備。盡管以它們制成的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率很高，但從材料來源看，這類太陽能電池將來不可能占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，從轉(zhuǎn)換效率和材料的來源角度來看，今后發(fā)展的重點(diǎn)是涂料敏化納米晶TiO₂太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。