馮志強：光伏產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

編者按：9月12日，第五屆未來能源大會全球 CTO 論壇在江蘇省常州市武進區(qū)成功舉辦，論壇圍繞清潔能源、儲能技術、能源效率提升、智能電網(wǎng)等方面最新進展，分享探討有助于減少溫室氣體排放、降低能源成本、提高能源供應可靠性的研究成果和實踐經(jīng)驗。會上，

天合光能股份有限公司副總裁、光伏科學與技術國家重點實驗室主任馮志強先生作了《光伏產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢》的演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

馮志強：各位領導、各位專家、各位企業(yè)家、各位同仁：下午好!

首先非常感謝組委會的邀請，很榮幸能跟大家在今天下午分享一下關于光伏行業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術的情況。我分兩個方面，第一個方面是把行業(yè)的整體情況簡單的匯報一下，因為時間關系我可能這一部分講的快一點。第二方面我想分享一下技術的現(xiàn)狀和趨勢。

整個中國能源現(xiàn)在我們可以看到，光伏發(fā)電在2020年只占全社會發(fā)電的3.4%，那是2020年。到2021年是到了4.0%，到了2022年也就是去年年底，占整個社會發(fā)電量的4.5%，還不到5%，但是我們的目標是到2050年需要達到39%，到那個時候我們的光伏發(fā)電是全社會發(fā)電的第一大發(fā)電來源。這一目標其實是很挑戰(zhàn)的，很難達成的，所以我們看到，反過來說我們的需求也是很高的，所以未來光伏發(fā)電前景廣闊。

那么光伏發(fā)電能夠成功的逐漸的成為一種可再生能源的清潔能源，它能夠在市場上逐漸的被公認被使用，主要是它的度電成本，它的制造成本，它的系統(tǒng)成本都在快速的下降，這是我們看到的趨勢。我們現(xiàn)在十年的努力光伏發(fā)電成本已經(jīng)下降了接近90%左右。

那么我們看到去年整個全球光伏的新增裝機量是230GW，我們預測今年年底會到330GW，這個是我們中國光伏行業(yè)協(xié)會去年年底做的一個樂觀的預測?？墒前肽甓噙^去了，我們現(xiàn)在可以預測它還不夠樂觀，我們今年現(xiàn)在的數(shù)據(jù)可以預測到年底會達到380-390甚至超過400GW新增裝機量，所以光伏發(fā)電每年在增加，同時我們看到的趨勢是每年增加的量在不斷的增加。

為什么這樣呢?我們做了一個預測，我們?yōu)榱诉_到2050年全球達到零碳、碳中和的目標，我們看這個曲線，現(xiàn)在我們需要每年有25%以上的增長率，到2040年量產(chǎn)要穩(wěn)定在每年3TW，3TW是什么概念?就是3000GW。然后到2050年左右，全年達到70TW，這種規(guī)模我們才能夠真正的發(fā)揮光伏在零碳方面的作用。所以未來的曲線，我們這個綠色的曲線我們可以看到，大概到2035年以后才會平緩的每年增加，而在這之前我們每年都會增加，這個增加是非常大的，所以它還是增加，但是同時它每年還在新增，所以在未來的十幾年時間是光伏發(fā)電的一個制造也好、市場也好，它是一個快速增長的一個關鍵的十年。所以這是一個非常好的一個信號。

而光伏技術現(xiàn)在已經(jīng)朝著大硅片，朝著更高尺量的N型硅片所制造的光伏發(fā)電組件的方向去走。我們這個技術上也可以看到，N型有多種材料，多種電池結構，我們可以看到N型逐漸取代了P型電池，因為它的穩(wěn)定，它的質(zhì)量都更高。這是整個趨勢問題。

下面我講一下技術問題，有產(chǎn)業(yè)的技術和我們實驗室的前沿技術。從這個圖中我們可以看到晶體硅太陽電池發(fā)電現(xiàn)在占全球發(fā)電的95%以上，而薄膜電池只占了5%左右。但是當前的晶體硅太陽電池的轉換效率是有一個極限的，理論極限是29.4%，所以不管它是什么技術，我們可以看到一種以前是簡單的電池，現(xiàn)在轉成N型電池，RBC電池等等，現(xiàn)在逐漸都向極限。所以未來會有一種疊層電池，現(xiàn)在還沒有產(chǎn)業(yè)化，但是我們可以看到，單結的也就是一個簡單的PM結，它的這種發(fā)電器件效率會達到一個極限。

我們回顧一下晶體硅太陽電池現(xiàn)在在市場主流，它在人類歷史上在1954年第一次發(fā)現(xiàn)晶體硅加了PM結以后竟然能夠發(fā)電，也就是他吸收光竟然比較電能，當時是4%的一個效率。但是我們可以看它的細節(jié)，它用的材料，它用的電極材料和晶硅材料等等，它都是非常非常差的，也就是剛起步。你們看，2%的一個太陽電池，商業(yè)化的，售價是1500美元，當然那是一個人類的新的發(fā)現(xiàn)，是一個里程碑。

在這個里程碑之下，幾十年我們晶體硅太陽電池發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)超過25%的太陽能轉換效率了。所以晶體硅太陽電池到現(xiàn)在走過很長的道路，我們來看看他有哪些關鍵技術。從1954年開始他是一個非常簡單的PM結。但是通過24年的發(fā)展，我們現(xiàn)在轉換到選擇性發(fā)射極，然后我們做成了現(xiàn)在PERC電池是市場最大的，但是從去年開始逐漸的已經(jīng)被N型的電池取代，但是我們打了問號，N電池、P電池還是未來的鈣鈦礦電池，這個是目前在實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的道路上還沒有完全取代最大規(guī)模的PERC電池。所以未來的多極電池是什么呢?我們可以看到晶硅太陽電池為什么能取代所有的其他電池覆蓋他們呢?因為他們在中國建立了完善的標準、產(chǎn)品、供應鏈體系，成本有優(yōu)勢等等，所以這些就是中國光伏產(chǎn)業(yè)在全球巨大的領先地位所產(chǎn)生的，不是一個技術，原創(chuàng)技術來自于國外，但是中國把它整個產(chǎn)業(yè)鏈都建好了，不是一個簡單的電池端，他從原材料端到最后的系統(tǒng)端，所以這個是非常關鍵的。我在兩年前在德國看到他們有一個新的技術，我去看了一下，我發(fā)現(xiàn)技術雖好，但是產(chǎn)業(yè)化綜合競爭力干不過中國，中國可以把他干的更便宜，質(zhì)量更高。

晶硅太陽電池有幾種類型，PERC電池、TOPCon電池、HIBC電池和HJT電池，我們在實驗室里做出的晶硅太陽電池已經(jīng)逐漸接近了它的天花板。這四種電池成本不一樣、效率不一樣，但是都是晶硅電池，它沒有太多的區(qū)別，所以它的應用場景我們也區(qū)別了一下，有一些是用于高端產(chǎn)品的，有一些是用于大型電站的，所以我們做了區(qū)別。

除了電池效率提升以外，我們逐漸的還有技術創(chuàng)新，在這個產(chǎn)業(yè)化的過程當中，從2009年開始統(tǒng)計到現(xiàn)在，組件的尺寸越來越大，我們的電池片也越來越大，我們做大了以后制造成本下降，組件的度電成本更低，所以它的組件的功率在不斷的提升。這是我們中國整個光伏行業(yè)所呈現(xiàn)出來的，在世界光伏產(chǎn)業(yè)當中占領領先地位的一個表現(xiàn)。

從技術研發(fā)上，整個行業(yè)我們中國已經(jīng)超過了100次在實驗室突破了各種實驗室組件類型的世界紀錄。其中太陽能光纜，我們國家重點實驗室十幾年來創(chuàng)造了25次世界紀錄，我們公司也是已經(jīng)超過25周年了，我們國家重點實驗室是從2010年科技部批準以來，我們在我們的研發(fā)道路里面做了各種晶硅太陽電池的結構。

那么光伏行業(yè)要發(fā)展，從源頭來說，同技術來說要解決什么問題呢?我們匯總了一下，這是我們國家重點實驗室專門做了一個研討，要解決四個問題，不管你用什么材料，不管你用什么結構。光生載流子的運輸和復合和摻雜，這個是光伏最基本的問題。那么現(xiàn)在的鈣鈦礦和疊層技術也是非常重要的，另外還有就是多結太陽電池未來也需要發(fā)展，還有一個就是未來我們有哪些光伏材料呢?這些我們都不知道，這是我們前沿技術非常需要關注的點。

從TOPCon來說，它做了幾個標準的被采用的技術，一個是N型的太陽能技術電池，我這里不展開講了，我們的效率做到25.3%，它也是可以從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，這是我們的平均效率。當然未來我們還有空間，所以我們在右邊我們看有兩個關鍵的技術突破我們正在實驗室做。

異質(zhì)結電池也是一樣的，日本人發(fā)明的，中國人做了產(chǎn)業(yè)化，我們國家實驗室也是做了很多的實驗，我們認為還是空間，我們可以把它做到26.5甚至以上，我們要解決那些技術和工業(yè)問題。

IBC電池我們實驗室也儲備了這樣的一個技術能力，未來IBC電池結合TOPCon的技術，結合HIBC電池的技術可能會有更高的效率?，F(xiàn)在已經(jīng)基本上到了27%的效率了。

另外我想講一下鈣鈦礦電池，鈣鈦礦電池現(xiàn)在非?；?，每個大學和機構都有鈣鈦礦材料穩(wěn)定性研究的課題和方向，因為這是一個前沿技術，并沒有量產(chǎn)。為什么呢?因為鈣鈦礦這個材料在2009年日本人發(fā)明以后，當時做了一個小電池，是3.8%的效率，非?？斓氖畮啄甑墓Ψ?，已經(jīng)做到了25.7%的電池效率。為什么?因為鈣鈦礦這個材料是一個合成的ABX3合成材料，他可以人為的合成，調(diào)節(jié)他的代謝，所以鈣鈦礦可以和晶硅結合在一起，因為上面是鈣鈦礦下面是晶硅，代謝不一樣，所以這樣可以有效的對自然光、太陽光的吸收能譜更寬。

但是要產(chǎn)業(yè)化它需要解決幾個技術問題，他可以和晶硅結合起來，它可以更好的吸收太陽能光譜。那么鈣鈦礦如何和晶硅電池進行兩層的疊層呢?一種是溶液法，一種是蒸發(fā)法，但是要實現(xiàn)大面積要穩(wěn)定，這個行業(yè)目前還沒有做到，所以穩(wěn)定性是一個很重要的課題，由于嘗試了一些新的方法，比如說鈣鈦礦材料加一些添加劑，使它阻礙離子遷移，對一些策略技術我們正在研究，比如說無甲銨材料加進去等等，目標就是做大面積穩(wěn)定性的鈣鈦礦材料。

在全球的范圍里面，包括中國在鈣鈦礦實驗室里面做的鈣鈦礦電池，效率不斷提升，現(xiàn)在全球最高的效力是33.7%，這個效率33.3%已經(jīng)老了，這個效率是沙特阿拉伯的一個大學實驗室做的，非常小，做大了就不行了。但是我們沒有關系，實驗室嘛，我們要先看它的天花板是多大，我們也在做，天合光能和南京的一個團隊在合作，我們做的這個是31.5的效率是可以做到的。所以效率是一個很重要的指標，但它不是唯一的指標。

做成組件怎么樣呢?電池做起來做成組件它衰減掉了，那它是沒有用的，所以我們在組件端我們就開始進行研究，但是還沒有做到成熟的，包括一些外國的專家，他們是做EVA的，EVA能不能使用，不一定，我們還要找新材料進行研究，鈣鈦礦組件產(chǎn)品以后的一個情況。從鈣鈦礦這個很熱的一個光伏的前沿技術方向來說，我們把它梳理了一下，從幾個方向把它做成產(chǎn)品，從實驗室走向產(chǎn)品。我們認為大概還要花四到五年的時間從實驗室走向規(guī)?；牧慨a(chǎn)。我們現(xiàn)在行業(yè)里面很火，包括說我今年或者明年就要建GW級的產(chǎn)線，我們都聽到了很多的說法。但是我們是做技術研發(fā)的，技術研發(fā)要解決諸多以科學為前提的穩(wěn)定性技術問題，才能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是需要時間埋頭苦干做起來的，而不是單單建條生產(chǎn)線就簡單完成的。

除此以外還有一種就是III-V族的太陽電池，我們在嘗試一些新的工藝、新的技術，比如說量子井技術，看看能不能提高更多的效果，現(xiàn)在我們實驗室已經(jīng)做到37.9%的III-V的多結的太陽電池。還有一個辦法就是III-V能夠在晶硅上結合，這樣它會有更高的效率，這樣成本就可以降下來，這個工作很難，現(xiàn)在我們還沒有得到很好的結果，我們僅僅做到30%的效率，這個不夠。所以我們還在努力。

還有一種我們是做的聚光的技術或者是微聚光的技術，能夠把一個更小面積的III-V把光集聚起來，這是一個很特殊的應用，尤其是我們中國國家戰(zhàn)略需求，在一些航空航天空間上低空的，不是很高的衛(wèi)星上所采用的這些衛(wèi)星用的太陽電池，我們要降低成本才能夠應用。

以上是我的一個簡單的報告。謝謝大家!