IEA太阳能光伏技术路线图摘要

本文由friedaman贡献
doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。

IEA： IEA：PV ROAD MAP 摘要
国际能源机构(IEA)近期出版了太阳能光伏技术路线图（Technology Roadmap-Solar photovoltaic energy），该路线图综合归纳了个主要能源国近几年发展太阳能所参照的能源路线图，包括： ?欧盟的战略能源技术（SET）计划和欧洲太阳能产业创新； ?欧洲光伏技术平台的战略研究议程执行计划； ?美国的太阳能创新计划（SAI）； ?日本的面向 2030 年（PV2030）PV 路线图； ?中国的太阳能发展计划； ?印度的太阳能创新计划； ?澳大利亚的太阳能旗舰创新计划；本期摘译其中部分内容，以供业内人士参考：光伏技术回顾：光伏技术回顾：晶体硅组件占据每年全球光伏市场的 85~90%份额，晶体硅组件分为两种类型：单晶硅和多晶硅。

薄膜太阳能目前占全球光伏组件销量的 10%~15%，主要分为三类：非晶和微晶硅、CdTe、CIS 和 CIGS。

新兴技术包括先进薄膜和有机电池，后者即将进入市场。

聚光技术（CPV）利用聚光系统将太阳光汇聚到高效电池板上，目前 CPV 技术处于应用的测试阶段。

新型光伏概念的目的是通过先进材料和光化学工艺获得超高效太阳能电池。

目前是基础研究的热点。

市场趋势全球光伏市场在过去几十年的发展较为波动，其平均年增长率达到 40%，光伏发电累计安装容量已经从 1992 年的 0.1GW 增长到 2008 年的 14GW，2008 年度全球光伏发电新增安装量达到 6GW。

四个国家的光伏发电累计安装容量超过了 1GW：德国（5.3 GW）、西班牙（3.4 GW）、日本（2.1 GW）、美国（1.2 GW）。

这些国家的光伏发电累计安装容量占全球累计安装总量的 80%，如图 1 所示。

由于国家政策和经济扶持计划，澳大利亚、中国、法国、希腊、印度、意大利、韩国和葡萄牙的安装量也在逐渐增加。

研究和发展在过去十年里，光伏研发（R&D）的全球政府支出大大地增加了，主要国家的政府研发实力增长了一倍，即从 2000 年的 2.5 亿美元增长到 2007 年的 5 亿美元，如图 2 所示。

试点和示范项目占这些支出从 2000 年的 25%扩大到 2007 年的 30%。

太阳能电池及其组件研发是研发部分的主要构成部分，占整体支出的 75%。

技术发展趋势及战略目标为了进一步降低成本、提高效率，期望研发在改善现有技术和开发新技术方面不断取得进步。

根据各种应用的特殊要求和经济情况，预计未来将会开发出更多的新型技术。

图 3 所示为不同光伏技术的发展状况及前景。

表 1 总结了一系列光伏系统的一般技术指标，包括转换效率、能源回收期、使用寿命。

典型商业平板组件的效率期望能从 2010 年的 16%增长到2030 年的 25%，2050 年增长到 40%。

目前，能源和材料在制造业的使用会变得更加高效，因而会缩短光伏系统的能源回收期。

预计能源回收期会从 2010 年的两年降低到 2030 年的0.75 年，到 2050 年会下降到 0.5 年。

另外，使用寿命期望从 25 年增加到 40 年。

表 1 一般技术指标指标典型平板组件效率系统能源回收期（1500kWh/kWp）使用寿命 1、单晶硅、如今，光伏组件的绝大多数（每年全球市场的 85%-90%）都是硅基晶片，预计晶体硅光伏组件将持续占据光伏技术直到 2020 年，到那时的市场份额也将超过 50%。

这要归功于晶体硅光伏组件的可靠性技术、长寿命以及丰富的原料储备。

晶体硅光伏组件存在的主要挑战是提高转换效率、有效地减少资源消耗、改良电池组概念、制造自动化。

2008 16% 2年 25 年 2020 23% 1年 30 年 2030 25% 0.75 年 35 年 2050 40% 0.5 年 40 年典型的晶体硅光伏组件的制造过程包括硅锭生长、硅锭切片、硅片制成太阳能电池、电池电极连接、电池封装形成组件。

目前电池组件所采用的硅材料主要有两种形式：单晶硅和多晶硅。

目前市面上的单晶硅电池组件最高转换效率可达 14%~20%。

预计到 2020 年其转换效率有望达到 23%-25%。

多晶硅电池组件由于原子结构更加无序转换效率低于单晶硅，但是其成本较低，预计在今后一段时间内其效率有望达到 21%。

公众及企业对单晶硅技术连续定向研发的近期目标是大量降低成本、提高产量，只有达到这两个目标才能在未来十几年增强竞争力、扩大光伏产业的规模。

表 2 总结了晶体硅太阳能电池的主要研发目标。

表 2
晶体硅技术研发目标晶体硅技术效率指标 2010-2015 单晶硅：21% 多晶硅：17% 工业制造方向研发领域新型硅材料及工艺电池触点，发射器及钝化处理 2、薄膜、第一个薄膜太阳能电池是由非晶硅制成的，在早期的非晶硅单结电池的基础上，发展了串联和三联的非晶硅电池结构。

为了达到更高的效率，将单晶硅和多晶硅薄膜结合在一起形成了微晶硅。

在Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体领域发展了其他的薄膜技术，包括 CdTe、CIGS。

薄膜太阳能电池技术的主要优点是使用硅原料相对较少可以降低成本，自动化程度较高可以提高生产效率，易于实现建筑一体化，在高温环境下性能良好，并且还降低了对高温的敏感度。

目前的缺点是转换效率较低，工业应用的使用寿命不高。

硅消耗量＜5g/W 2015-2020 单晶硅：23% 多晶硅：19% 硅消耗量＜ 3g/W 该进的设备结构产量芯片替代技术新型概念的设备结构2020-2030/2050 单晶硅：25% 多晶硅：21% 硅消耗量＜2g/W
需要继续投入研发将薄膜太阳能电池技术推向市场，为工业制造和长期可靠性积累必要的经验。

最有前途的研发领域包括改进设备结构和基板、大面积沉积技术、互联、卷式制造及封装。

表 3 概括了到 2030 年薄膜太阳能电池技术的前景和关键研发议题。

薄膜技术处于迅速增长过程，在过去的几年中，薄膜组件从中等规模增长到 50MW 生产线水平，最近有宣告生产量达到 GW 范围的消息。

因此预计到 2020 年其实成份额会有较大发展。

Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体薄膜
CdTe 电池是Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜中的一种，其制造过程相对简单、生产成本较低。

CdTe 技术达到了所有薄膜技术的最高生产水平，其能源回收期只有 8 个月，也是现有光伏技术中回收期最短的技术。

而 CIGS 电池组件与 CdTe 电池相比较而言，制造工艺比较复杂，成本较高。

如今，CdTe 电池已经形成了一定规模的市场并且每瓦成本处于市场领先地位。

然而，就中期和长远角度来看，还很难预测哪种薄膜太阳能电池技术能够达到较高的市场份额。

表 3 薄膜太阳能电池技术的前景和关键研发议题薄膜技术效率指标 2010-2015 薄膜硅：10% CIGS：14% CdTe：12% 工业制造方向高速率沉积卷式制造封装研发领域大面积沉积技术改进基板 3、新兴技术及新型概念、新兴技术及新型概念新兴光伏技术包括先进无机薄膜技术（如，硅，CIS）以及有机太阳能电池。

在有机太阳能电池领域，包含不同的技术分支，例如染料敏化太阳能电池和完全有机技术。

有机太阳能电池是一项有潜力的低成本技术，这也使得其可以进入市场应用。

然而，其在能源应用领域的相关能源产品仍然有待于进一步验证。

另外 2015-2020 薄膜硅：12% CIGS：15% CdTe：14% 简化制造工艺低成本封装有毒材料管理改进电池结构改善沉积技术 2020-2030 薄膜硅：15% CIGS：18% CdTe：15% 大规模高效率生产制造材料可行性组件循环利用先进材料及概念
一种新兴光伏技术是基于热-光伏的概念，一个高效的光伏电池是如何与热辐射源结合在一起的。

这一概念也将会在未来的聚光太阳能技术中起到重要作用。

新型光伏概念的目的是通过开发活性层来实现超高效太阳能电池，活性层可以很好地与太阳能光谱匹配或者调整摄入的太阳能光谱。

这两种方法是建立在纳米技术和纳米材料的进一步发展的基础上。

量子阱、量子线和量子点就是活性层引入的结构的例子。

深层次的方法是激发电荷载体与中间带隙相结合。

这些新型的概念目前还处于基础研究阶段。

其市场前景取决于他们能否与现有技术相结合或是否能够导致全新的电池结构和制造工艺。

需要投入相当可观的中期和长期基础和应用研发，来进一步开发这些方法才能最终将其引入市场应用。

4、聚光技术（CPV）、聚光技术（）前面所提到的所有光伏技术都可以称为利用现有自然阳光的平板技术，作为一种替换方式，也可以利用光学元器件收集直接太阳能辐射光，这就是聚光太阳能电池技术。

因其需要较少量的太阳能电池具有广阔的发展前景，目前已经对这种高效方法进行了大量研究。

目前聚光光伏技术正从小型工厂向商业规模应用发展。

光学系统、组件集成度、跟踪系统、高效设备、制造和安装过程都需要投入应大量的研发。

CPV 以及新兴技术的前景及重点研发领域见表 4。

表 4 CPV 以及新兴技术的前景及重点研发领域 CPV
电池种高成本，超高效率类地位及前景 23%交流电系统效率中期达到 30% 验证阶段的新兴技术应用市场中的第一次应用研发领域超高效率超过 45% 光学聚光及跟踪实现低成本和高性能效率和可靠性达到商业应用水平有机封装新型转换概念的理论证明纳米结构材料设备，加工各种类型实验室阶段的新型转换理论前再突破技术系列新兴技术低成本，性能适中新型技术极高效，全光谱利用
1。