北大科技助力燕垣光伏“孵化”中國第一支太陽能集電管

本刊記者 ■ 鵬飛

在世界太陽能產(chǎn)業(yè)如火如荼發(fā)展的今天，也許你對太陽能集熱管不陌生，對太陽電池片也很熟悉，但可能你不了解把二者結(jié)合起來的產(chǎn)物——太陽能集電管。這正是銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池的一種新的結(jié)構(gòu)，它為CIGS電池規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用探索出一條新的路徑。

2011年5月5日，依托北京大學(xué)的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，由河南燕垣光伏能源有限公司研發(fā)的中國第一支CIGS太陽能集電管在上?！?011第六屆亞洲太陽能光伏工業(yè)展覽會”上正式亮相，標(biāo)志著這一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的太陽電池新產(chǎn)品在中國開始邁向產(chǎn)業(yè)化的征程，堪稱我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個(gè)新亮點(diǎn)。

CIGS生當(dāng)其時(shí)

世界能源危機(jī)和全球氣候變化催生了新能源經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展。近年來以太陽能、風(fēng)能等為代表的可再生能源產(chǎn)業(yè)風(fēng)生水起，科技創(chuàng)新推動太陽能光熱光伏應(yīng)用技術(shù)日新月異。但光伏發(fā)電成本高依然是其普及應(yīng)用的最大瓶頸，業(yè)界呼喚新的解決方案破解光伏成本高企的難題。薄膜太陽電池是解決途徑之一，但其轉(zhuǎn)換效率相對較低，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備昂貴，實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)困難。目前發(fā)電成本高是太陽電池的共性問題。

在薄膜太陽電池家族中主要包括了硅基非晶硅(a-Si)、碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)三大類薄膜太陽電池。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本較低、能耗低、污染小、不衰減、弱光性能好等特點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽電池之首，接近多晶硅太陽電池，而耗材大大低于晶體硅電池，被國際上稱為“下一代非常有前途的薄膜太陽電池”。此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求的BIPV應(yīng)用的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有廣泛的潛在市場。先天的技術(shù)優(yōu)勢使得CIGS生當(dāng)其時(shí)，但CIGS要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，提升效率和良品率，是當(dāng)前必須首先攻克的難題。

CIGS太陽能集電管是怎樣煉成的？

北京大學(xué)作為中國著名高等學(xué)府，擁有高水平教學(xué)和科研團(tuán)隊(duì)，涉足很多學(xué)科和研究領(lǐng)域，太陽能也是其重點(diǎn)研究領(lǐng)域。早在1996年，北大就研制出國內(nèi)第一支中高溫太陽能集熱管，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

北大在太陽能光伏領(lǐng)域的研究也不斷取得重大進(jìn)展。2003年，在北京市科委的支持下，北京大學(xué)物理學(xué)院射頻超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)開始了“大面積CIGS薄膜太陽電池”的課題研究。課題組通過多年科技攻關(guān)，最終確立了以磁控濺射為主、硒蒸鍍沉積為輔的技術(shù)工藝，成功解決了制備CIGS一系列關(guān)鍵技術(shù)和物理問題，并建立了三元疊層硒化法與預(yù)制層后處理硒化法制備CIGS薄膜的方法；系統(tǒng)優(yōu)化了CIGS薄膜硒化與高溫重結(jié)晶熱處理工藝；成功解決了薄膜成分精確控制這一關(guān)鍵技術(shù)難題，從而保證薄膜穩(wěn)定的物理性能；研制出大面積CIGS薄膜太陽電池，掌握了制備的工藝步驟和技術(shù)要點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，建成了具有多室多靶高真空鍍膜裝置、硫化鎘化學(xué)水浴裝置、激光刻槽與機(jī)械刻槽管式中試尺寸的實(shí)驗(yàn)裝置。經(jīng)過長達(dá)一年的中試實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出新型CIGS管式薄膜太陽電池——太陽能集電管，其光電轉(zhuǎn)換率≥9%，成品率≥90%。初步設(shè)計(jì)規(guī)格為：集電管長1200mm，內(nèi)管直徑30mm，外管直徑35mm。這種獨(dú)特的管式太陽能集電管設(shè)計(jì)，解決了規(guī)?；a(chǎn)中良品率偏低的技術(shù)難題；并且其獨(dú)特的管式結(jié)構(gòu)，使得在降低電池表面溫度以保持轉(zhuǎn)換效率不衰減的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于已有的太陽能集熱管生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)，研發(fā)設(shè)計(jì)出了用于太陽能集電管產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，及完全國產(chǎn)化的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)生產(chǎn)線，大幅度降低了造價(jià)及后期維護(hù)費(fèi)用，解決了CIGS薄膜太陽電池生產(chǎn)線一次性投資過大問題。

2009年8月28日，CIGS太陽能集電管產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目通過了由北京大學(xué)教授、中科院院士甘子釗，北京大學(xué)教授趙夔，中國可再生能源協(xié)會理事長石定寰，悉尼大學(xué)華裔科學(xué)家章其初博士，中國發(fā)明家協(xié)會鄒定國教授等組成的專家團(tuán)的鑒定。2011年3月30日“一種薄膜型太陽能集電管裝置”正式獲得我國發(fā)明專利授權(quán)。

CIGS太陽能集電管產(chǎn)業(yè)化之路

河南東起機(jī)械有限公司是一家專業(yè)從事大型起重設(shè)備生產(chǎn)的民營企業(yè)，公司董事長王慶祥在從事傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，提前做出了公司產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略部署，新能源是他重點(diǎn)考慮的新領(lǐng)域。2009年6月，河南燕垣光伏能源有限公司成立；2009年9月27日，北京大學(xué)和河南東起機(jī)械有限公司正式牽手，以既有研發(fā)成果為基礎(chǔ)，開始合作研究開發(fā)60MW銅銦鎵硒薄膜太陽能集電管項(xiàng)目。國務(wù)院參事、中國可再生能源學(xué)會理事長石定寰，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)理學(xué)部主任甘子釗等專家及河南省副省長宋璇濤等出席了技術(shù)匯報(bào)會和項(xiàng)目開工儀式。項(xiàng)目占地26.32公頃，總建筑面積135942m2，計(jì)劃通過三年時(shí)間努力，投資78000萬元，完成項(xiàng)目的一期工程建設(shè)，建成年產(chǎn)60MW銅銦鎵硒薄膜太陽能集電裝置生產(chǎn)基地。

太陽能集電管項(xiàng)目具有電池成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境污染少、抗輻射能力強(qiáng)、不衰減等特點(diǎn)。項(xiàng)目采用中國人自己的發(fā)明工藝，量身定做國產(chǎn)化裝備，探索出一條擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的銅銦鎵硒薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化之路。

亮麗風(fēng)景線

筆者曾經(jīng)多次參加過國內(nèi)各種規(guī)模的光伏展覽會，但從沒有見到過太陽能集電管展出。本屆展會上，燕垣公司展臺前始終人頭攢動，一些光伏行業(yè)的知名專家和企業(yè)家紛紛駐足考察咨詢，也就不足為怪了。展覽會的“創(chuàng)新產(chǎn)品暨技術(shù)發(fā)布會”把“CIGS薄膜管式太陽電池——集電管及自主研發(fā)的全國產(chǎn)化生產(chǎn)工藝及設(shè)備”作為第一個(gè)項(xiàng)目發(fā)布，立即吸引眾多觀眾到場；更有包括深圳松禾資本、上海安益投資、皓玥資本、上海萬利股權(quán)投資管理有限公司等多家PE靜聽該項(xiàng)目的介紹，他們對項(xiàng)目都表現(xiàn)出了濃厚的興趣；由燕垣光伏總工程師陸真冀教授做的項(xiàng)目介紹剛一結(jié)束，就立刻迎來了眾多記者的采訪。這種場景成為展覽會上一道獨(dú)特、亮麗的風(fēng)景線。

項(xiàng)目總顧問、甘子釗院士對記者說，管式CIGS太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率現(xiàn)已達(dá)到9%，并有很大的提升空間；生產(chǎn)設(shè)備全部國產(chǎn)化自主開發(fā)，避免了進(jìn)口昂貴設(shè)備帶來的生產(chǎn)成本增大，因此其光伏發(fā)電成本有望實(shí)現(xiàn)0.9元/kWh以下，會具有很大市場競爭力。太陽能集電管一經(jīng)亮相，就引起了幾大風(fēng)投機(jī)構(gòu)的關(guān)注。國內(nèi)很多投資機(jī)構(gòu)非?？春眠@一產(chǎn)品，有意開展合作。

據(jù)公司董事長王慶祥介紹，北京大學(xué)對新能源技術(shù)高度重視，北大新能源中心是北京現(xiàn)代物理中心的下屬研究單位，現(xiàn)代物理中心由李政道教授擔(dān)綱中心主任，由前北大校長陳佳洱院士、理學(xué)部主任甘子釗院士任副主任。新能源中心的研究團(tuán)隊(duì)將加大對太陽能集電管技術(shù)研發(fā)的力度，促進(jìn)項(xiàng)目不斷提升技術(shù)水平，降低生產(chǎn)成本，早日實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

北大科技助力燕垣光伏，已然“孵化”出了中國第一支太陽能集電管。現(xiàn)在它好比一只“雛鷹”，相信在多方的精心呵護(hù)下，不久會成長成一只“雄鷹”，在中國光伏事業(yè)蓬勃發(fā)展的大好形勢下展翅高飛。