本刊記者 ■ 鵬飛

在世界太陽能產(chǎn)業(yè)如火如荼發(fā)展的今天，也許你對太陽能集熱管不陌生，對太陽電池片也很熟悉，但可能你不了解把二者結合起來的產(chǎn)物——太陽能集電管。這正是銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池的一種新的結構，它為CIGS電池規(guī)?；a(chǎn)與應用探索出一條新的路徑。

2011年5月5日，依托北京大學的技術研發(fā)團隊，由河南燕垣光伏能源有限公司研發(fā)的中國第一支CIGS太陽能集電管在上海“2011第六屆亞洲太陽能光伏工業(yè)展覽會”上正式亮相，標志著這一具有自主知識產(chǎn)權的太陽電池新產(chǎn)品在中國開始邁向產(chǎn)業(yè)化的征程，堪稱我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個新亮點。

CIGS生當其時

世界能源危機和全球氣候變化催生了新能源經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展。近年來以太陽能、風能等為代表的可再生能源產(chǎn)業(yè)風生水起，科技創(chuàng)新推動太陽能光熱光伏應用技術日新月異。但光伏發(fā)電成本高依然是其普及應用的最大瓶頸，業(yè)界呼喚新的解決方案破解光伏成本高企的難題。薄膜太陽電池是解決途徑之一，但其轉換效率相對較低，生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)設備昂貴，實現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)困難。目前發(fā)電成本高是太陽電池的共性問題。

在薄膜太陽電池家族中主要包括了硅基非晶硅(a-Si)、碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)三大類薄膜太陽電池。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本較低、能耗低、污染小、不衰減、弱光性能好等特點，光電轉換效率居各種薄膜太陽電池之首，接近多晶硅太陽電池，而耗材大大低于晶體硅電池，被國際上稱為“下一代非常有前途的薄膜太陽電池”。此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求的BIPV應用的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領域有廣泛的潛在市場。先天的技術優(yōu)勢使得CIGS生當其時，但CIGS要實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，提升效率和良品率，是當前必須首先攻克的難題。

CIGS太陽能集電管是怎樣煉成的？

北京大學作為中國著名高等學府，擁有高水平教學和科研團隊，涉足很多學科和研究領域，太陽能也是其重點研究領域。早在1996年，北大就研制出國內(nèi)第一支中高溫太陽能集熱管，目前已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

北大在太陽能光伏領域的研究也不斷取得重大進展。2003年，在北京市科委的支持下，北京大學物理學院射頻超導實驗室的科研團隊開始了“大面積CIGS薄膜太陽電池”的課題研究。課題組通過多年科技攻關，最終確立了以磁控濺射為主、硒蒸鍍沉積為輔的技術工藝，成功解決了制備CIGS一系列關鍵技術和物理問題，并建立了三元疊層硒化法與預制層后處理硒化法制備CIGS薄膜的方法；系統(tǒng)優(yōu)化了CIGS薄膜硒化與高溫重結晶熱處理工藝；成功解決了薄膜成分精確控制這一關鍵技術難題，從而保證薄膜穩(wěn)定的物理性能；研制出大面積CIGS薄膜太陽電池，掌握了制備的工藝步驟和技術要點。在此基礎上，建成了具有多室多靶高真空鍍膜裝置、硫化鎘化學水浴裝置、激光刻槽與機械刻槽管式中試尺寸的實驗裝置。經(jīng)過長達一年的中試實驗，研發(fā)出新型CIGS管式薄膜太陽電池——太陽能集電管，其光電轉換率≥9%，成品率≥90%。初步設計規(guī)格為：集電管長1200mm，內(nèi)管直徑30mm，外管直徑35mm。這種獨特的管式太陽能集電管設計，解決了規(guī)?；a(chǎn)中良品率偏低的技術難題；并且其獨特的管式結構，使得在降低電池表面溫度以保持轉換效率不衰減的同時，可實現(xiàn)太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)。在此基礎上，研發(fā)團隊基于已有的太陽能集熱管生產(chǎn)線設備技術基礎，研發(fā)設計出了用于太陽能集電管產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設備，及完全國產(chǎn)化的具有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)生產(chǎn)線，大幅度降低了造價及后期維護費用，解決了CIGS薄膜太陽電池生產(chǎn)線一次性投資過大問題。

2009年8月28日，CIGS太陽能集電管產(chǎn)業(yè)化項目通過了由北京大學教授、中科院院士甘子釗，北京大學教授趙夔，中國可再生能源協(xié)會理事長石定寰，悉尼大學華裔科學家章其初博士，中國發(fā)明家協(xié)會鄒定國教授等組成的專家團的鑒定。2011年3月30日“一種薄膜型太陽能集電管裝置”正式獲得我國發(fā)明專利授權。

CIGS太陽能集電管產(chǎn)業(yè)化之路

河南東起機械有限公司是一家專業(yè)從事大型起重設備生產(chǎn)的民營企業(yè)，公司董事長王慶祥在從事傳統(tǒng)機械工業(yè)生產(chǎn)的同時，提前做出了公司產(chǎn)業(yè)轉型的戰(zhàn)略部署，新能源是他重點考慮的新領域。2009年6月，河南燕垣光伏能源有限公司成立；2009年9月27日，北京大學和河南東起機械有限公司正式牽手，以既有研發(fā)成果為基礎，開始合作研究開發(fā)60MW銅銦鎵硒薄膜太陽能集電管項目。國務院參事、中國可再生能源學會理事長石定寰，中國科學院院士、北京大學理學部主任甘子釗等專家及河南省副省長宋璇濤等出席了技術匯報會和項目開工儀式。項目占地26.32公頃，總建筑面積135942m2，計劃通過三年時間努力，投資78000萬元，完成項目的一期工程建設，建成年產(chǎn)60MW銅銦鎵硒薄膜太陽能集電裝置生產(chǎn)基地。

太陽能集電管項目具有電池成本低、光電轉換效率高、環(huán)境污染少、抗輻射能力強、不衰減等特點。項目采用中國人自己的發(fā)明工藝，量身定做國產(chǎn)化裝備，探索出一條擁有完全自主知識產(chǎn)權的銅銦鎵硒薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化之路。

亮麗風景線

筆者曾經(jīng)多次參加過國內(nèi)各種規(guī)模的光伏展覽會，但從沒有見到過太陽能集電管展出。本屆展會上，燕垣公司展臺前始終人頭攢動，一些光伏行業(yè)的知名專家和企業(yè)家紛紛駐足考察咨詢，也就不足為怪了。展覽會的“創(chuàng)新產(chǎn)品暨技術發(fā)布會”把“CIGS薄膜管式太陽電池——集電管及自主研發(fā)的全國產(chǎn)化生產(chǎn)工藝及設備”作為第一個項目發(fā)布，立即吸引眾多觀眾到場；更有包括深圳松禾資本、上海安益投資、皓玥資本、上海萬利股權投資管理有限公司等多家PE靜聽該項目的介紹，他們對項目都表現(xiàn)出了濃厚的興趣；由燕垣光伏總工程師陸真冀教授做的項目介紹剛一結束，就立刻迎來了眾多記者的采訪。這種場景成為展覽會上一道獨特、亮麗的風景線。

項目總顧問、甘子釗院士對記者說，管式CIGS太陽電池光電轉換效率現(xiàn)已達到9%，并有很大的提升空間；生產(chǎn)設備全部國產(chǎn)化自主開發(fā)，避免了進口昂貴設備帶來的生產(chǎn)成本增大，因此其光伏發(fā)電成本有望實現(xiàn)0.9元/kWh以下，會具有很大市場競爭力。太陽能集電管一經(jīng)亮相，就引起了幾大風投機構的關注。國內(nèi)很多投資機構非常看好這一產(chǎn)品，有意開展合作。

據(jù)公司董事長王慶祥介紹，北京大學對新能源技術高度重視，北大新能源中心是北京現(xiàn)代物理中心的下屬研究單位，現(xiàn)代物理中心由李政道教授擔綱中心主任，由前北大校長陳佳洱院士、理學部主任甘子釗院士任副主任。新能源中心的研究團隊將加大對太陽能集電管技術研發(fā)的力度，促進項目不斷提升技術水平，降低生產(chǎn)成本，早日實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

北大科技助力燕垣光伏，已然“孵化”出了中國第一支太陽能集電管?，F(xiàn)在它好比一只“雛鷹”，相信在多方的精心呵護下，不久會成長成一只“雄鷹”，在中國光伏事業(yè)蓬勃發(fā)展的大好形勢下展翅高飛。