未来城市发展必然选择 薄膜太阳能电池爆发

有人预计，21世纪中期世界人口将超过90亿人。要解决人口与资源环境之间的矛盾，实现经济社会可持续发展，关键是摆脱过度依赖矿物能源原料的经济模式，以及相关的政策设计和消费观念。

从上个世纪60年代开始，绿色创新发展技术历经对污染的控制和处理技术(末端技术)、合理有效的利用资源(无废工艺)、尽力实现零排放(废弃物最少化技术)、节能减排降耗(清洁生产技术)、预防从源头消减(污染预防技术)等等，这一路走过来，治标而没有治本，只是延缓了不可持续的过程。

作为绿色创新发展的理想状态，人们的生产生活应该不消耗过去的积累，也不产生影响未来的排放。这就需要我们将目光投向太阳能的开发利用。太阳每年送给地球的能量相当100亿亿kWh，每人约1.7亿kWh。目前，全球人类每年能源消费总和只相当于太阳在40分钟内照射到地球表面的能量，也就是说只要能够将不到万分之一的太阳能利用起来，就可以解决未来人类所有的能源需求。

这里重点阐述薄膜太阳能电池未来发展问题。太阳能电池发电具有许多优点，如安全可靠，无噪声，无污染，能量随处可得，无需消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护方便，可以方便地与建筑物相结合等。这些优点都是常规发电所不及的。但由于太阳能电池成本较高，目前在社会整体能源结构中所占比例很小。

薄膜太阳电池在降低成本方面比晶体硅(单晶或多晶)太阳电池具有更大的优势，是寻求突破的方向：一是实现薄膜化后，可极大地节省昂贵的半导体材料，制造晶硅电池需要硅片厚度达到200μm，而制造薄膜电池其厚度只有几μm;二是薄膜电池的材料制备和电池同时形成，因此节省了许多工序，通常生产晶硅电池需要4个车间，而生产薄膜电池1个车间就能完成;三是薄膜太阳能电池采用低温工艺技术，不仅有利于节能降耗，而且便于采用廉价衬底。随着薄膜电池装备实现国产化，未来薄膜电池成本能够做到2元/W，不到晶硅电池成本的三分之一。

关于薄膜太阳能光电转化率问题，晶硅电池与薄膜电池理论值均为30%，尽管目前薄膜太阳能电池光电转化率普遍只相当于晶硅电池转化率的一半，但一些公司的新产品光电转化率已经达到16%。日前，德国美因茨大学发表公报，其太阳能薄膜电池实验室光电转化率突破20%的纪录。美国斯坦福大学也已研制出首个全碳薄膜太阳能电池，这就突破了传统薄膜太阳能电池对导电金属和铟锡氧化物的依赖，以及因大规模应用导致的价格飙涨。地球碳储量丰富，成本低廉，所以在不远的将来，薄膜太阳能电池发电成本将与火电乃至水电相竞争。

薄膜太阳能占地面积大，在实际应用中是不可克服的制约因素，但有两个领域通过政策引导可以大规模应用。一是薄膜光伏太阳能大棚应用，植物进行光合作用主要利用波长为610nm~720nm(波峰为660nm)红橙光，薄膜太阳能电池最大吸收波峰在400~600nm，在理论上薄膜太阳能电池的最大吸收波峰与植物光合作用的吸收波峰并不冲突，而且薄膜太阳能电池可以吸收会灼伤植物的紫外线。因此可以将薄膜太阳能发电与设施农业相结合，一个占地一亩的大棚，一年理论上发电会达到6万kWh。目前我国设施农业面积超过300多万公顷，其中高档玻璃温室、塑料大棚的建筑面积达到200多万公顷。如果200万公顷设施农业全部改造成光伏大棚，年发电量将达到18000亿kWh，相当于2012年全国用电量(49591亿kWh)的36%。二是光伏建筑一体化发展。BIPV技术是将太阳能发电产品集成到建筑上的技术，生态城市、绿色城市、低碳城市，无论哪个概念都离不开BIPV的大规模应用。另外，在城市内太阳能发电是最靠近负荷中心的，这大大提升了光伏发电的实际使用效率，加之建筑一体化的特性，实际投资费用大大低于在野外的光伏电站，在投资和能效比上具有巨大优势，是未来城市发展的必然选择。