從“提高太陽能電池性能所需的3項技術要素”來看,CIS可以說滿足了所有條件。
使用其他材料的太陽能電池與CIS太陽能電池的比較
那么,使用CIS與使用其他材料的太陽能電池相比有何不同呢?
“CIS半導體可以說是太陽能電池材料中最為均衡的物質。”
讓我們來具體進行分析。
首先,與“薄膜硅”相比,結果會是怎樣?
“制作1平方米薄膜硅的成本低廉。但是,由于轉換效率低,達到與CIS相同的功率需要其兩倍的面積。制造太陽能電池最消耗能源的是玻璃,其次是鋁框架。因為最消耗能源的玻璃加倍,制造的鋁框架也必須增加,所以薄膜硅在成本上不劃算。”
與有機類色素增感型比較的結果如何?
“與薄膜硅類一樣,因為轉換效率低,在制造達到實用水平的產品時,總生產成本居高不下。因為需要電解質溶液,所以無法確保穩定性,而且沒有耐久性。不過,如果能夠實現若干革新性改進,這種電池也是有前途的。”
那么,相比與CIS同屬“化合物類”的“鎘(Cd)碲(Te)”薄膜太陽能電池又是如何?
“一提到鎘,估計大多數人都會想到毒性。而且,碲也是具有毒性的物質。CdTe太陽能電池的實際結構是CdS/CdTe的形式,因此鎘(Cd)的使用量較多。雖然有研究報告稱化合物CdTe的毒性低于這兩種金屬各自的毒性,但從設置到廢棄,各個環節估計都需要嚴加管理。而且,鎘和碲都是稀有金屬,今后要大量普及,材料采購將成為非常重大的課題。”
如此一來,CIS最大的對手果然還是結晶硅類。
前面已經說過,使用CIS不僅可削減電池厚度,而且材料成本和能源成本也相應降低。另一方面,“轉換效率不及結晶硅類”一直是CIS的弱點。栗谷川本部長自信地說:“不過,現在的CIS在轉換效率方面已經與結晶硅類相差無幾。在不久的未來,幾年內人們就會認識到CIS是轉換效率最高的太陽能電池。”
“從市面上的太陽能電池來看,轉換效率最高的多晶硅剛剛逼近18%。但模塊化之際,效率會降低1~2個百分點,實際效率估計在15~16%之間。而CIS太陽能電池包括死區在內,在具有所有模塊要素的30cm見方的狀態下,轉換效率已經達到了17.2%。”
由此可見,近年來一直被視為CIS太陽能電池弱點的“轉換效率”也已經提高到了與結晶硅類匹敵的程度。
CIS太陽能電池在實際發電中發揮優勢
轉換效率提高到頂級的CIS薄膜太陽能電池的實力在實際利用太陽光發電時得到充分發揮。已有驗證結果表明“CIS太陽能電池幾乎通年都比其他種類的太陽能電池發電量多”。最終CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池相比,一年里也多發電約8%。
之所以產生如此差距,栗谷川解釋說:“一個原因是光照效應。這一點在本公司的CIS太陽能電池上體現的尤為明顯,由于照射太陽光后有轉換效率增加的現象,因此,從接到的反饋來看,輸出功率比工廠供貨時要高出5~10%左右。”簡直就像受到光照而成長一樣輸出功率會升高。
而且,在實際使用條件下,當組裝成“太陽能電池板”實際投入使用后,還會顯示出CIS太陽能電池的優勢。
“首先可以舉出的是‘CIS太陽能電池不怕陰影’。”
結晶硅類太陽能電池是由幾厘米到十幾厘米見方的硅晶模塊串聯而成。如果其中之一被樹影遮擋,或是因臟污而無法發電,串聯電路就會斷路,導致整塊面板停止發電。
但CIS太陽能電池是在不到1.7平米的長方形面板上排列寬度為數毫米的細長條狀模塊,就算有陰影遮擋,或是部分臟污,也不會出現整個模塊癱瘓的現象。因此,串聯電路也不會斷路,發電也可以正常進行。
如此一來,在部分面板受到遮擋時,CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池在發電能力上就會產生很大的差異。
而且,太陽能電池有溫度越高發電能力越低的性質。因此,太陽能電池板的發電量也與“太陽能電池是否耐高溫”密切相關。
“化合物類的溫度系數比結晶硅低。也就是說,即使受太陽光照射,溫度上升,與結晶硅類太陽能電池相比,CIS太陽能電池的發電功率并不會有太大的下降。”
不怕陰影、受到光照發電效率增加、耐高溫。
這3個條件造就了CIS太陽能電池優秀的實際發電能力。
不過,既然如此優秀,為何制造銷售CIS太陽能電池的卻只有Solar Frontier一家?
“這個問題的答案與我們為什么從20年前就開始進行研究,但著手推出CIS太陽能電池商品卻是在幾年前的原因是一樣的。”
“穩定且大量地制造大面積的CIS太陽能電池在技術上非常困難。為了實現穩定量產,我們20年來一直都在進行研究和開發,不斷磨煉技術。我們的優勢在于同時開展了工藝開發和裝置開發。這一點意義重大”,道出這番話時,栗谷川本部長的眼中閃爍著自信的光芒。《日經流行信息網》特約撰稿人:佐保圭)
使用其他材料的太陽能電池與CIS太陽能電池的比較
那么,使用CIS與使用其他材料的太陽能電池相比有何不同呢?
“CIS半導體可以說是太陽能電池材料中最為均衡的物質。”
太陽能電池的種類和特征(出處:獨立行政法人日本產業技術綜合研究所光伏發電研究中心 |
讓我們來具體進行分析。
首先,與“薄膜硅”相比,結果會是怎樣?
“制作1平方米薄膜硅的成本低廉。但是,由于轉換效率低,達到與CIS相同的功率需要其兩倍的面積。制造太陽能電池最消耗能源的是玻璃,其次是鋁框架。因為最消耗能源的玻璃加倍,制造的鋁框架也必須增加,所以薄膜硅在成本上不劃算。”
與有機類色素增感型比較的結果如何?
“與薄膜硅類一樣,因為轉換效率低,在制造達到實用水平的產品時,總生產成本居高不下。因為需要電解質溶液,所以無法確保穩定性,而且沒有耐久性。不過,如果能夠實現若干革新性改進,這種電池也是有前途的。”
那么,相比與CIS同屬“化合物類”的“鎘(Cd)碲(Te)”薄膜太陽能電池又是如何?
“一提到鎘,估計大多數人都會想到毒性。而且,碲也是具有毒性的物質。CdTe太陽能電池的實際結構是CdS/CdTe的形式,因此鎘(Cd)的使用量較多。雖然有研究報告稱化合物CdTe的毒性低于這兩種金屬各自的毒性,但從設置到廢棄,各個環節估計都需要嚴加管理。而且,鎘和碲都是稀有金屬,今后要大量普及,材料采購將成為非常重大的課題。”
如此一來,CIS最大的對手果然還是結晶硅類。
前面已經說過,使用CIS不僅可削減電池厚度,而且材料成本和能源成本也相應降低。另一方面,“轉換效率不及結晶硅類”一直是CIS的弱點。栗谷川本部長自信地說:“不過,現在的CIS在轉換效率方面已經與結晶硅類相差無幾。在不久的未來,幾年內人們就會認識到CIS是轉換效率最高的太陽能電池。”
“從市面上的太陽能電池來看,轉換效率最高的多晶硅剛剛逼近18%。但模塊化之際,效率會降低1~2個百分點,實際效率估計在15~16%之間。而CIS太陽能電池包括死區在內,在具有所有模塊要素的30cm見方的狀態下,轉換效率已經達到了17.2%。”
由此可見,近年來一直被視為CIS太陽能電池弱點的“轉換效率”也已經提高到了與結晶硅類匹敵的程度。
CIS類太陽能電池的能源轉換效率。2011年3月在厚木調查中心,Solar Frontier的CIS薄膜太陽能電池以30cm見方的子模塊開口部面積(包含面板間的縫隙等死區的面積)實現了世界最高的能量轉換效率17.20%。 |
CIS太陽能電池在實際發電中發揮優勢
轉換效率提高到頂級的CIS薄膜太陽能電池的實力在實際利用太陽光發電時得到充分發揮。已有驗證結果表明“CIS太陽能電池幾乎通年都比其他種類的太陽能電池發電量多”。最終CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池相比,一年里也多發電約8%。
CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池的發電量比較 【比較項目】1kW系統發電容量的平均實際發電量(kWh/kWp) 【數據收集條件】2009年9月~2010年8月 Solar Frontier室外評價系統 ●結晶硅類太陽能電池:SJK175(175W)8串聯×3并聯 4.20kw ●CIS太陽能電池:SC75-A(75W)5串聯×6并聯 2.25kW ●設置場所:神奈川縣厚木市(Solar Frontier 厚木調查中心內) ●設置條件:正南偏東20度,經緯角20度,設置于平屋頂上。(點擊放大) |
之所以產生如此差距,栗谷川解釋說:“一個原因是光照效應。這一點在本公司的CIS太陽能電池上體現的尤為明顯,由于照射太陽光后有轉換效率增加的現象,因此,從接到的反饋來看,輸出功率比工廠供貨時要高出5~10%左右。”簡直就像受到光照而成長一樣輸出功率會升高。
而且,在實際使用條件下,當組裝成“太陽能電池板”實際投入使用后,還會顯示出CIS太陽能電池的優勢。
“首先可以舉出的是‘CIS太陽能電池不怕陰影’。”
結晶硅類太陽能電池是由幾厘米到十幾厘米見方的硅晶模塊串聯而成。如果其中之一被樹影遮擋,或是因臟污而無法發電,串聯電路就會斷路,導致整塊面板停止發電。
但CIS太陽能電池是在不到1.7平米的長方形面板上排列寬度為數毫米的細長條狀模塊,就算有陰影遮擋,或是部分臟污,也不會出現整個模塊癱瘓的現象。因此,串聯電路也不會斷路,發電也可以正常進行。
(點擊放大) | (點擊放大) |
如此一來,在部分面板受到遮擋時,CIS太陽能電池與結晶硅類太陽能電池在發電能力上就會產生很大的差異。
而且,太陽能電池有溫度越高發電能力越低的性質。因此,太陽能電池板的發電量也與“太陽能電池是否耐高溫”密切相關。
“化合物類的溫度系數比結晶硅低。也就是說,即使受太陽光照射,溫度上升,與結晶硅類太陽能電池相比,CIS太陽能電池的發電功率并不會有太大的下降。”
不怕陰影、受到光照發電效率增加、耐高溫。
這3個條件造就了CIS太陽能電池優秀的實際發電能力。
不過,既然如此優秀,為何制造銷售CIS太陽能電池的卻只有Solar Frontier一家?
“這個問題的答案與我們為什么從20年前就開始進行研究,但著手推出CIS太陽能電池商品卻是在幾年前的原因是一樣的。”
“穩定且大量地制造大面積的CIS太陽能電池在技術上非常困難。為了實現穩定量產,我們20年來一直都在進行研究和開發,不斷磨煉技術。我們的優勢在于同時開展了工藝開發和裝置開發。這一點意義重大”,道出這番話時,栗谷川本部長的眼中閃爍著自信的光芒。《日經流行信息網》特約撰稿人:佐保圭)