理论教育 北京光伏技术研发现状分析

北京光伏技术研发现状分析

时间:2023-06-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:北京高校和科研院所众多,技术研发方面的实力在国内较强。

北京光伏技术研发现状分析

北京高校和科研院所众多,技术研发方面的实力在国内较强。中科院100多个院所中,北京的占了将近40%,同时还云集着清华、北大等几十所211高校,科学气氛浓厚。

北京光伏技术研究涉及内容广泛,在电池技术方面涵盖晶体硅电池技术、薄膜硅电池技术、CIGS电池技术、CdTe电池技术、染料敏化太阳电池技术、有机太阳电池技术,同时涉及在光伏应用方面的研发(主要为光伏逆变器的研发)等很多技术的研究水平都处于国内领先的位置,下面分别从晶体硅电池、薄膜硅电池、CIGS和CdTe电池、光伏逆变器等方面进行介绍。

1.晶体硅电池技术

中科院电工研究所太阳电池组在国内晶体硅电池研究方面颇具实力,成立于2006年,承接了科技部的“863”、“973”等项目及中科院能源基地的“太阳能行动计划”项目。研究内容包括新型的HIT电池、激光掺杂技术、N型电池技术及常规电池生产线效率的改进,对晶体硅电池的选择性发射极技术、正场、背场钝化技术、细栅技术及电池中少数载流子输运、传输机理进行了深入研究。中科院电工研究所太阳电池组与国内多家大型光伏企业建立了合作关系,帮助企业进行技术咨询和产线效率提高。另外值得一提的是,国内光伏电池最高转换效率一直由北京太阳研究所保持,为19.8%,电池结构为表面倒金宇塔结构、选择性发射极、精细栅线结构。北京太阳能研究所在20世纪90年代一直是国内晶体硅电池技术研究的领先者,在2003年后由于企业转型导致了研究的中断。但北京太阳能所培养的大批人才现在很多都成了国内光伏业的中坚力量。

2.薄膜硅电池技术

1969年,中科院半导体所开展了硫系和氧化物玻璃半导体的研究,成立了非晶态半导体课题组。这是我国第一个非晶态半导体研究组。20世纪80年代在国际上开始用辉光放电法研制a-Si:H膜时,就开始了非晶硅薄膜物理性质的研究,例如a-Si:H的带隙态密度分布(中国科学院科技成果三等奖);氢在a-Si:H中的作用(中国科学院科技成果三等奖);用氯取代氢饱和硅悬键的影响等。此后中科院半导体所先后承担了国家的“六五”“七五”非晶硅薄膜方面的重大项目并获得突破。于1990年,研制出了高效单结非晶硅太阳电池,能量转换效率达到11.2%,进入世界先进行列,荣获中科院科技进步三等奖,在1991年受到国家计委、国家科委、财政部的联合表彰,获国家科技攻关荣誉奖。1993年,其进行的“非晶硅中的亚稳缺陷及界面问题研究”荣获了中国科学院自然科学二等奖。1995年首次报道了光致Si-H键变化的确凿的实验证据;1996年用高温间歇光照明显改进了非晶硅材料的稳定性;1997年发现非晶硅的光膨胀效应;1998年首次用电学方法测量了非晶硅低频介电常数的光致变化,给出了非晶硅光致结构变化的直接实验证据。2000年,其研究成果,又一次荣获中科院自然科学二等奖,成为国内知名非晶硅研究小组。早在“七五”期间,中科院半导体所研制了我国第一套沉积非晶硅的PECVD三室设备。

中科院研究生院在制备器件质量、非晶硅薄膜、微晶硅薄膜、调制多层膜、及其光电特性、输运性质、生长机制以及太阳电池的制备等方面做了大量深入系统的研究,承担了国家“863”、“973”等项目,在非晶硅/晶体硅异质结电池上获得了全国最高的17.2%的转换效率。(www.daowen.com)

3.CdTe电池技术方面

我国较早就开展了碲化镉薄膜太阳电池及材料的研究与开发。近两年来,由于碲化镉薄膜太阳电池技术的迅速发展,特别是FirstSolar的成功所展现的碲化镉薄膜太阳电池的巨大前景,使更多的科研院所投入了碲化镉太阳电池的研究,如中国科学技术大学、西安交通大学、中科院上海技物所等。其中,以四川大学进行碲化镉薄膜太阳电池及材料研究的时间最长,达到的水平最高。北京的中科院电工研究所通过“百人计划”从美国Toledo大学引进此方面的学术带头人一名,已开展此方面的工作。

4.CIGS电池技术

我国研究CIGS电池从20世纪80年代起步,早期只有内蒙古大学、云南师范大学和南开大学等单位进行探索性研究。由于这类电池技术难度大,发展前景不明朗,国家投入很少,一些单位没有继续下去,只有南开大学在天津市自然科学基金、国家“八五”、“九五”攻关计划等少量经费资助下坚持下来,十年研究经费累计不足35万元。其真正快速发展是通过国家“十五”863重点课题的推动下取得的。在国家科技重点资金引导下,同时得到了天津市科委、天津保税区及南开大学等各方资金支持,总投入5000余万元,开发建设出代表我国技术水平的“铜铟硒薄膜太阳电池试验平台与中试基地”,研发出一系列CIGS电池薄膜沉积设备与工艺技术,建立了具有世界先进水平的测试分析体系,成为我国在这一领域中功能比较齐全的研发平台。清华大学在CIGS方面的研究也在国内处于领先地位,其制备的太阳电池转换效率达12.9%。并且先后完成了国家高科技研究发展计划(863计划)项目子课题铜铟镓硒太阳电池的中试线试验平台设计与研究、铜铟镓硒电池中透明电极材料的研究。此外,清华大学还在最关键的硒化技术和硒化装备的设计know-how上取得了完全技术知识产权,在国内率先开展了全溅射工艺的研究,此工艺制备的太阳电池转换效率也达到了8.6%,产业前景好。

5.光伏逆变器技术

北京进行光伏逆变器研究的机构比较多,主要的研究机构有中科院电工研究所、清华大学、北京交通大学、华北电力大学等。其中,中科院电工研究所通过成立下属公司——科诺伟业,实现了自主研发产品,尤其在控逆一体机上,技术水平国内领先。中科院电工研究所多次承担国家大型863等项目,研究内容涉及DC-AC转换器,并网逆变器及单、双轴并网跟踪光伏发电系统的研制等,研发实力国内领先。清华大学电机系柔性输电技术研究所长期从事电力系统稳定分析与控制、大功率电力电子技术应用的研究,取得了丰硕的科研成果。先后承担了8项国家自然科学基金项目和多项国家重大科研项目,在输电系统最优控制、电力系统最优分散协调控制、电网广域动态监控和柔性输配电系统等方面的研究处于国内领先和国际先进水平,曾获得过国家级教学成果特等奖1项、国家自然科学和科学进步二等奖3项、省部级科技进步奖多项。清华大学电机系1999年研制了国内第一台20MVA新型静止无功发生器,使我国成为继美国、日本德国之后第四个掌握该技术的国家,2002年获得了国家科技进步二等奖,并入选当年全国高校十大科技进展。2003年开始承担着国家电网公司“50MVA STATCOM的关键技术研究”项目的研究工作,同时承担着上海电力公司西郊变电站“50MVA STATCOM装置的研制”示范工程项目的全部技术工作。50MVASTATCOM示范工程于2006年4月通过国家电网公司组织的验收,并在上海西郊变电站投入运行。该装置的研制成功运行表明我国已经完全掌握了10kV/几十MVA链式变流器的设计、控制与制造技术。该项目还获得了2006年度国家电网公司科技进步一等奖。另外,北京交通大学和华北电力大学都在光伏逆变器的研究上取得了一定的成绩。

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