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12 月 15 日，中國(guó)工程院院刊《Engineering》發(fā)布“ 2022 全球十大工程成就”。其中，第十項(xiàng)就是太陽能光伏發(fā)電。

太陽能光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、建站經(jīng)濟(jì)便利等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。近年來，受全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型影響，太陽能光伏發(fā)電取得了前所未有的快速發(fā)展。截至 2021 年年底，全球累計(jì)光伏裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到 942GW，中國(guó)、歐盟和美國(guó)位列前三位。硅太陽能電池、薄膜太陽能電池、聚光太陽能電池等均有突破，實(shí)驗(yàn)室能源轉(zhuǎn)換率已達(dá) 24.7%，企業(yè)能源轉(zhuǎn)換率已達(dá) 17%。作為人類利用太陽能最普遍和最有前景的技術(shù)路徑，太陽能光伏發(fā)電有望引領(lǐng)未來全球能源綠色革命。

作為太陽能光伏發(fā)電的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)：發(fā)電玻璃(薄膜太陽能電池的一種)，在最近幾年悄然興起。說起發(fā)電玻璃在中國(guó)的異軍突起，就要提到一個(gè)人，他就是從美國(guó)回國(guó)創(chuàng)業(yè)的潘錦功博士。


㈠ 潘錦功的創(chuàng)業(yè)歷程

潘錦功祖籍四川，20世紀(jì)70年代出生在浙江杭州，1992年，潘錦功考進(jìn)了四川成都電子科大化學(xué)系。1996年大學(xué)畢業(yè)后，潘錦功經(jīng)老師推薦前往美國(guó)新澤西理工大學(xué)攻讀化學(xué)博士學(xué)位。獲得博士學(xué)位后，他留在學(xué)校的研究中心繼續(xù)研究碲化鎘材料。曾擔(dān)任新澤西理工學(xué)院碲化鎘薄膜太陽能研究中心常務(wù)副主任。

2009年，他回成都參加新能源展會(huì)，作了一場(chǎng)關(guān)于碲化鎘技術(shù)的學(xué)術(shù)報(bào)告，他看到了回國(guó)創(chuàng)業(yè)的廣闊前景。

2010年，美國(guó)一家美國(guó)能源公司開出兩千萬美元的條件，來換取潘錦功研發(fā)項(xiàng)目的專利使用權(quán)。印度得知后，更是以一億美元的出價(jià)來購買潘錦功的專利。美國(guó)國(guó)會(huì)曾宣稱，潘景功掌握的技術(shù)將直接關(guān)系到美國(guó)未來國(guó)家能源安全，揚(yáng)言不讓潘錦功回國(guó)。

2011年，潘錦功成功離開美國(guó)回到中國(guó)，便自己創(chuàng)業(yè)專門研究發(fā)電玻璃。

2017年，他的團(tuán)隊(duì)終于取得突破，在一片1.92平米的發(fā)電玻璃可以為一個(gè)普通家庭，一年提供260度到270度左右的電，他研究的單體電池發(fā)電轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到了17.8％。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在新材料新能源領(lǐng)域完成了34項(xiàng)國(guó)家專利的申請(qǐng)，其中發(fā)明專利19項(xiàng)。潘景功的技術(shù)突破讓中國(guó)轉(zhuǎn)身之間擠進(jìn)一個(gè)千億級(jí)別產(chǎn)業(yè)。

2019年1月，潘錦功參加了在人民大會(huì)堂舉行的中國(guó)第二屆“杰出工程師獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮。在2019年9月第三屆全國(guó)雙創(chuàng)周期間，潘錦功還攜了世界第一塊大單體面積碲化鎘“發(fā)電玻璃”赴京參展。最終，他的項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)展改革委“增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力重大工程包”專項(xiàng)支持1.59億元。

潘景功現(xiàn)在擔(dān)任成都中建材光電材料有限公司總經(jīng)理，成都中建材光電材料有限公司是一家混合所有制企業(yè)：央企中建材控股55%，潘錦功和他的阿波羅團(tuán)隊(duì)占股35%，雙流地方國(guó)企占股10%。公司的生產(chǎn)線只要55秒就可以生產(chǎn)完成一塊單片規(guī)格為1.2米×1.6米碲化鎘太陽能電池。

㈡ 解密神秘的發(fā)電玻璃

發(fā)電玻璃，全稱為碲化鎘薄膜太陽能電池，是一種高性能電池，它的制作原理是在兩塊普通玻璃之間，均勻的涂抹一層4微米厚的碲化鎘光電材料，使原本絕緣的普通玻璃變成了可導(dǎo)電的導(dǎo)體。換句話說，發(fā)電的是薄膜而不是玻璃，這種技術(shù)是薄膜太陽能電池技術(shù)中的一種。

碲化鎘薄膜光伏電池則具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

制造成本低：與其他太陽能電池相比，碲化鎘薄膜電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此制造成本較低。

轉(zhuǎn)換效率高：碲化鎘薄膜太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率約為32%，高于晶硅、砷化鎵等其他類型的太陽能電池。

溫度系數(shù)低：溫度系數(shù)比晶體硅太陽能電池低一半左右，所以更適合于高溫、沙漠及潮濕地區(qū)等嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境。

弱光效應(yīng)好：無論在清晨、傍晚，還是陰云雨天等弱光環(huán)境下都能發(fā)電，具有比晶硅電池長(zhǎng)得多的發(fā)電時(shí)間。

環(huán)境友好：與外界的擔(dān)憂相反，雖然鎘元素有劇毒，但碲化鎘是穩(wěn)定的化合物，能被安全使用。碲化鎘被密封在兩塊玻璃之間，常溫下沒有鎘的釋放。即使在1100℃的高溫下，99.96%的碲化鎘都被熔化的兩塊玻璃封住而沒有泄漏。而其他幾種太陽能電池及燃煤其他能源也有鎘的排放，碲化鎘玻璃的鎘排放量反而是最低的。

因此，相比于其他幾種薄膜太陽能電池，碲化鎘電池得到了較為迅速的發(fā)展，成為僅次于晶體硅的第二種最常見的光伏技術(shù)，目前占世界市場(chǎng)份額的5%。但由于技術(shù)壁壘極高，目前全球范圍內(nèi)有量產(chǎn)能力的碲化鎘電池企業(yè)僅有美國(guó)第一太陽能、德國(guó)Calyxo及中國(guó)的成都中建材光電材料有限公司等少數(shù)幾個(gè)企業(yè)。


㈢ 影響發(fā)電玻璃大規(guī)模推廣的因素

技術(shù)上，盡管碲化鎘電池的理論效率高達(dá)32%，并早在1993年實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)16%，但在隨后的18年里遲遲未能突破，其主要原因是薄膜沉積工藝和界面工程水平較低，導(dǎo)致效率損失居高不下。

在光伏產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中，想要增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大市場(chǎng)份額，提升電池效率，實(shí)現(xiàn)降本增效是唯一途徑。碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃在光伏電站投資領(lǐng)域，很難撼動(dòng)晶硅光伏的絕對(duì)主導(dǎo)地位。晶硅龐大的產(chǎn)業(yè)鏈已形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)，更大的產(chǎn)業(yè)規(guī)?？梢匝杆倮彤a(chǎn)品成本。而目前碲化鎘生產(chǎn)線相比規(guī)模偏小，較小的規(guī)模較難降低成本。

發(fā)電玻璃目前沒有廣泛應(yīng)用到家庭中，國(guó)家考量層面上還有兩個(gè)顧慮。

第一，碲元素的儲(chǔ)量。碲元素是地球上的稀有元素，目前已知地球上碲元素的儲(chǔ)量為14.9萬噸，中國(guó)只有2.2萬噸，所以發(fā)電玻璃的制作原料是有限的，沒有過多的制作原料，這項(xiàng)技術(shù)不好普及。

第二，鎘的危害。這種元素對(duì)人體的危害很大，會(huì)引起人體皮膚潰瘍，長(zhǎng)期吸入會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)的潰瘍，若是不小心進(jìn)入眼中還會(huì)導(dǎo)致視力下降或失明。雖然發(fā)電玻璃本身并無毒害，但是國(guó)家必須建立完好的回收利用機(jī)制，避免廢舊發(fā)電玻璃中的鎘外逸到環(huán)境中去。


㈣ 發(fā)電玻璃在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用

碲化鎘薄膜是全透明的材質(zhì)，這意味著“發(fā)電玻璃”的應(yīng)用范圍十分廣泛，不必局限在墻壁和屋頂上，門窗上也同樣適用，倘若普通玻璃幕墻被“發(fā)電玻璃”取代，那么不僅光污染問題能得以解決，我們身邊的建筑物也都會(huì)變身成小型發(fā)電站，日常用電更加便利。

因?yàn)?ldquo;發(fā)電玻璃”易于攜帶，如果運(yùn)用在軍事中，可以直接在野外為軍區(qū)通訊基站提供電力支持。除此之外，“發(fā)電玻璃”還有很強(qiáng)的承重能力，利用這種特性，我們可以把它運(yùn)用在道路建設(shè)上，把道路變成充電站，現(xiàn)在電動(dòng)汽車的研發(fā)技術(shù)也在不斷革新，未來也將會(huì)成為汽車領(lǐng)域的一大趨勢(shì)，屆時(shí)兩者相得益彰，生活將會(huì)更加便利。

目前國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃落地應(yīng)用的建筑包括：成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)、成都川開電氣、張家口市民中心、上海松江機(jī)器人工業(yè)園大樓、山西省政府大樓、成都智慧中心、攀枝花石墨碳工業(yè)園、九寨溝黃龍高原機(jī)場(chǎng)、安徽桐城工業(yè)區(qū)大型廠房、北京冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館等。


原標(biāo)題：光伏新能源中異軍突起的發(fā)電玻璃產(chǎn)業(yè)