馮志強：光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現狀與趨勢

編者按：9月12日，第五屆未來(lái)能源大會(huì )全球 CTO 論壇在江蘇省常州市武進(jìn)區成功舉辦，論壇圍繞清潔能源、儲能技術(shù)、能源效率提升、智能電網(wǎng)等方面最新進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗。會(huì )上，

天合光能股份有限公司副總裁、光伏科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任馮志強先生作了《光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現狀與趨勢》的演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

馮志強：各位領(lǐng)導、各位專(zhuān)家、各位企業(yè)家、各位同仁：下午好!

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

整個(gè)中國能源現在我們可以看到，光伏發(fā)電在2020年只占全社會(huì )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(gè)社會(huì )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(gè)時(shí)候我們的光伏發(fā)電是全社會(huì )發(fā)電的第一大發(fā)電來(lái)源。這一目標其實(shí)是很挑戰的，很難達成的，所以我們看到，反過(guò)來(lái)說(shuō)我們的需求也是很高的，所以未來(lái)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(chǎng)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，它的系統成本都在快速的下降，這是我們看到的趨勢。我們現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(gè)全球光伏的新增裝機量是230GW，我們預測今年年底會(huì )到330GW，這個(gè)是我們中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì )去年年底做的一個(gè)樂(lè )觀(guān)的預測?？墒前肽甓噙^(guò)去了，我們現在可以預測它還不夠樂(lè )觀(guān)，我們今年現在的數據可以預測到年底會(huì )達到380-390甚至超過(guò)400GW新增裝機量，所以光伏發(fā)電每年在增加，同時(shí)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(gè)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(gè)曲線(xiàn)，現在我們需要每年有25%以上的增長(cháng)率，到2040年量產(chǎn)要穩定在每年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(lái)的曲線(xiàn)，我們這個(gè)綠色的曲線(xiàn)我們可以看到，大概到2035年以后才會(huì )平緩的每年增加，而在這之前我們每年都會(huì )增加，這個(gè)增加是非常大的，所以它還是增加，但是同時(shí)它每年還在新增，所以在未來(lái)的十幾年時(shí)間是光伏發(fā)電的一個(gè)制造也好、市場(chǎng)也好，它是一個(gè)快速增長(cháng)的一個(gè)關(guān)鍵的十年。所以這是一個(gè)非常好的一個(gè)信號。

而光伏技術(shù)現在已經(jīng)朝著(zhù)大硅片，朝著(zhù)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(gè)技術(shù)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，因為它的穩定，它的質(zhì)量都更高。這是整個(gè)趨勢問(wèn)題。

下面我講一下技術(shù)問(wèn)題，有產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和我們實(shí)驗室的前沿技術(shù)。從這個(gè)圖中我們可以看到晶體硅太陽(yáng)電池發(fā)電現在占全球發(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(yáng)電池的轉換效率是有一個(gè)極限的，理論極限是29.4%，所以不管它是什么技術(shù)，我們可以看到一種以前是簡(jiǎn)單的電池，現在轉成N型電池，RBC電池等等，現在逐漸都向極限。所以未來(lái)會(huì )有一種疊層電池，現在還沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化，但是我們可以看到，單結的也就是一個(gè)簡(jiǎn)單的PM結，它的這種發(fā)電器件效率會(huì )達到一個(gè)極限。

我們回顧一下晶體硅太陽(yáng)電池現在在市場(chǎng)主流，它在人類(lèi)歷史上在1954年第一次發(fā)現晶體硅加了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(shí)是4%的一個(gè)效率。但是我們可以看它的細節，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(gè)太陽(yáng)電池，商業(yè)化的，售價(jià)是1500美元，當然那是一個(gè)人類(lèi)的新的發(fā)現，是一個(gè)里程碑。

在這個(gè)里程碑之下，幾十年我們晶體硅太陽(yáng)電池發(fā)展到現在已經(jīng)超過(guò)25%的太陽(yáng)能轉換效率了。所以晶體硅太陽(yáng)電池到現在走過(guò)很長(cháng)的道路，我們來(lái)看看他有哪些關(guān)鍵技術(shù)。從1954年開(kāi)始他是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的PM結。但是通過(guò)24年的發(fā)展，我們現在轉換到選擇性發(fā)射極，然后我們做成了現在PERC電池是市場(chǎng)最大的，但是從去年開(kāi)始逐漸的已經(jīng)被N型的電池取代，但是我們打了問(wèn)號，N電池、P電池還是未來(lái)的鈣鈦礦電池，這個(gè)是目前在實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化的道路上還沒(méi)有完全取代最大規模的PERC電池。所以未來(lái)的多極電池是什么呢?我們可以看到晶硅太陽(yáng)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(lǐng)先地位所產(chǎn)生的，不是一個(gè)技術(shù)，原創(chuàng )技術(shù)來(lái)自于國外，但是中國把它整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都建好了，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的電池端，他從原材料端到最后的系統端，所以這個(gè)是非常關(guān)鍵的。我在兩年前在德國看到他們有一個(gè)新的技術(shù)，我去看了一下，我發(fā)現技術(shù)雖好，但是產(chǎn)業(yè)化綜合競爭力干不過(guò)中國，中國可以把他干的更便宜，質(zhì)量更高。

晶硅太陽(yáng)電池有幾種類(lèi)型，PERC電池、TOPCon電池、HIBC電池和HJT電池，我們在實(shí)驗室里做出的晶硅太陽(yáng)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(méi)有太多的區別，所以它的應用場(chǎng)景我們也區別了一下，有一些是用于高端產(chǎn)品的，有一些是用于大型電站的，所以我們做了區別。

除了電池效率提升以外，我們逐漸的還有技術(shù)創(chuàng )新，在這個(gè)產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程當中，從2009年開(kāi)始統計到現在，組件的尺寸越來(lái)越大，我們的電池片也越來(lái)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(gè)光伏行業(yè)所呈現出來(lái)的，在世界光伏產(chǎn)業(yè)當中占領(lǐng)領(lǐng)先地位的一個(gè)表現。

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

那么光伏行業(yè)要發(fā)展，從源頭來(lái)說(shuō)，同技術(shù)來(lái)說(shuō)要解決什么問(wèn)題呢?我們匯總了一下，這是我們國家重點(diǎn)實(shí)驗室專(zhuān)門(mén)做了一個(gè)研討，要解決四個(gè)問(wèn)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(gè)是光伏最基本的問(wèn)題。那么現在的鈣鈦礦和疊層技術(shù)也是非常重要的，另外還有就是多結太陽(yáng)電池未來(lái)也需要發(fā)展，還有一個(gè)就是未來(lái)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(shù)非常需要關(guān)注的點(diǎn)。

從TOPCon來(lái)說(shuō)，它做了幾個(gè)標準的被采用的技術(shù)，一個(gè)是N型的太陽(yáng)能技術(shù)電池，我這里不展開(kāi)講了，我們的效率做到25.3%，它也是可以從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化，這是我們的平均效率。當然未來(lái)我們還有空間，所以我們在右邊我們看有兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)突破我們正在實(shí)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(shí)驗室也是做了很多的實(shí)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(shù)和工業(yè)問(wèn)題。

IBC電池我們實(shí)驗室也儲備了這樣的一個(gè)技術(shù)能力，未來(lái)IBC電池結合TOPCon的技術(shù)，結合HIBC電池的技術(shù)可能會(huì )有更高的效率?，F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，鈣鈦礦電池現在非?；?，每個(gè)大學(xué)和機構都有鈣鈦礦材料穩定性研究的課題和方向，因為這是一個(gè)前沿技術(shù)，并沒(méi)有量產(chǎn)。為什么呢?因為鈣鈦礦這個(gè)材料在2009年日本人發(fā)明以后，當時(shí)做了一個(gè)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(gè)材料是一個(gè)合成的ABX3合成材料，他可以人為的合成，調節他的代謝，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(yáng)光的吸收能譜更寬。

但是要產(chǎn)業(yè)化它需要解決幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題，他可以和晶硅結合起來(lái)，它可以更好的吸收太陽(yáng)能光譜。那么鈣鈦礦如何和晶硅電池進(jìn)行兩層的疊層呢?一種是溶液法，一種是蒸發(fā)法，但是要實(shí)現大面積要穩定，這個(gè)行業(yè)目前還沒(méi)有做到，所以穩定性是一個(gè)很重要的課題，由于嘗試了一些新的方法，比如說(shuō)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(shù)我們正在研究，比如說(shuō)無(wú)甲銨材料加進(jìn)去等等，目標就是做大面積穩定性的鈣鈦礦材料。

在全球的范圍里面，包括中國在鈣鈦礦實(shí)驗室里面做的鈣鈦礦電池，效率不斷提升，現在全球最高的效力是33.7%，這個(gè)效率33.3%已經(jīng)老了，這個(gè)效率是沙特阿拉伯的一個(gè)大學(xué)實(shí)驗室做的，非常小，做大了就不行了。但是我們沒(méi)有關(guān)系，實(shí)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(gè)團隊在合作，我們做的這個(gè)是31.5的效率是可以做到的。所以效率是一個(gè)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(lái)做成組件它衰減掉了，那它是沒(méi)有用的，所以我們在組件端我們就開(kāi)始進(jìn)行研究，但是還沒(méi)有做到成熟的，包括一些外國的專(zhuān)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(jìn)行研究，鈣鈦礦組件產(chǎn)品以后的一個(gè)情況。從鈣鈦礦這個(gè)很熱的一個(gè)光伏的前沿技術(shù)方向來(lái)說(shuō)，我們把它梳理了一下，從幾個(gè)方向把它做成產(chǎn)品，從實(shí)驗室走向產(chǎn)品。我們認為大概還要花四到五年的時(shí)間從實(shí)驗室走向規?；牧慨a(chǎn)。我們現在行業(yè)里面很火，包括說(shuō)我今年或者明年就要建GW級的產(chǎn)線(xiàn)，我們都聽(tīng)到了很多的說(shuō)法。但是我們是做技術(shù)研發(fā)的，技術(shù)研發(fā)要解決諸多以科學(xué)為前提的穩定性技術(shù)問(wèn)題，才能夠實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，是需要時(shí)間埋頭苦干做起來(lái)的，而不是單單建條生產(chǎn)線(xiàn)就簡(jiǎn)單完成的。

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

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

以上是我的一個(gè)簡(jiǎn)單的報告。謝謝大家!