有机薄膜太阳能电池(OPV)厂商德国Heliatek公司,最近2~3年就提高OPV转换效率与三菱化学等展开了竞争。Heliatek公司2012年4月宣布,面积为1.1cm2的太阳能电池单元实现了当时世界最高的转换效率10.7%,紧接着对手三菱化学2012年5月就发布了转换效率为11.0%的单元。就在3年前的2009年,OPV的转换效率才刚超过6%。OPV技术的进步速度在整个太阳能电池领域中是最快的。但业界也并非全是好消息。率先OPV实用化的美国科纳卡技术(Konarka Technologies)在2012年6月破产。太阳能电池正面临着产能过剩的巨大压

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Heliatek:柔性有机薄膜光伏电池最适合建筑一体化

2012-09-11 09:42 来源: 日经电子 

有机薄膜太阳能电池(OPV)厂商德国Heliatek公司,最近2~3年就提高OPV转换效率与三菱化学等展开了竞争。Heliatek公司2012年4月宣布,面积为1.1cm2的太阳能电池单元实现了当时世界最高的转换效率10.7%,紧接着对手三菱化学2012年5月就发布了转换效率为11.0%的单元。

就在3年前的2009年,OPV的转换效率才刚超过6%。OPV技术的进步速度在整个太阳能电池领域中是最快的。

但业界也并非全是好消息。率先OPV实用化的美国科纳卡技术(Konarka Technologies)在2012年6月破产。太阳能电池正面临着产能过剩的巨大压力,转换效率还很低的OPV连全球在FIT(feed-intariffs)等扶持政策下催生的光伏发电热潮也未能赶上,市场开拓非常艰难。

在这种形势下,Heliatek公司最近却宣布,OPV量产技术基本开发完毕,将在不久的将来以年产70MW以上的规模开始投产。他们凭借什么战略,有何胜算冲破现在的逆境?就不怕重蹈科纳卡的覆辙吗?该公司今后对OPV的发展又有些什么考量?近日,笔者就这些问题采访了8月底访日的Heliatek公司首席执行官ThibaudLeSeguillon和该公司首席技术官Martin Pfeiffer。

贵公司如何看待科纳卡公司的破产?Heliatek和科纳卡有哪些不同?

科纳卡公司的破产非常令人遗憾。他们是率先开发OPV的企业,这告诉人们由一个公司开拓前所未有的新市场是非常艰难的。他们在技术上,也选择了非常难的工艺。他们采用了将高分子材料以印刷技术成膜这种在10年前还没人采用过的技术。

我们曾和他们有过合作,但同为OPV,技术却非常不同。我们采用真空蒸镀工艺将低分子材料低聚体成膜。这种技术比高分子材料的印刷要简单得多,与现在智能手机等采用的有机EL面板的制造技术有很多共同之处。

听说科纳卡的OPV产品的转换效率最高为3%。贵公司发布了10.7%的单元,尺寸非常小。量产以后将有多大?

在OPV的性能上,我们和科纳卡公司有很大差异。我们经过反复试制,连约30cm见方的模块也实现了9%的转换效率。元件的材料和构造与实现10.7%效率的小单元相同。我们认为到2013年,模块转换效率能达到10%以上。

量产品的转换效率虽还不得而知,但1.2m宽的模块转换效率至少要有6~8%。我们从几年前转换效率2.9%的单结单元开始起步,通过做成串联型(双结)单元,使转换效率突破了6%的大关,后来又反复优化,达到了现在的水平。

我们今后的目标是,到2015~2016年实现15%的转换效率。这是我们认为拓展现有技术能够实现的数字。有的科学家说能够实现20%,但估计需要实现某种突破。

有人说15%的转换效率仍赶不上硅类太阳能电池,但我要强调的是OPV耐热性很强这一点。这是由其温度升高时的特性与硅类太阳能电池截然不同导致的。一般来说无机半导体的温度升高,转换效率就会降低。而采用有机半导体的OPV温度升高时,其载流子迁移率会升高,转换效率会持平或升高。因此,转换效率为15%的OPV模块实际上相当于17~18%的硅类太阳能电池。

预计年产70MW,打算用于哪些用途?

大致有三种用途:(1)作为光伏建筑一体化太阳能电池(BIPV),用于大楼的窗户和墙壁等;(2)配备在汽车车顶等;(3)能够发电的遮阳和挡风用途。

(1)用于窗户的实例方面,正与包括日本在内的几家玻璃厂商合作开发从不透明到半透明的多种产品。不仅是玻璃,还有打算嵌入混凝土墙壁,与聚碳酸酯等树脂基板和太阳能电池相结合,安装在车站屋顶和体育场屋顶的案例。最近,还有与铝板组合的例子。EU(欧盟)区到2020年几乎所有建筑的二氧化碳排放量都要降为零,因此非常关注BIPV。

(2)将OPV用于汽车车顶的实例日本还没有,但欧洲的例子在增加。由于可承载的模块面积并不大,因此功率不大,但在晴天时能够抑制停车期间车内温度上升。如果采用透明的模块,即使安在车顶,也可从车内看到天空。

(3)有在街道的人行道等用来遮阳的轻便顶棚及用于挡风的透明薄墙壁上使用树脂基板模块的例子。还可以用不透明模块作顶棚,用半透明模块做墙壁等。

这种BIPV等是要以在室外使用为前提。OPV的耐用性没有问题吗?

OPV耐用性低那是过去的事情。稍微准确一点,那是以科纳卡公司为代表,采用高分子材料的OPV的问题。很多高分子材料本身的耐用性就很低。

而我们的低聚体材料的稳定性高得多。可以说嵌入玻璃的模块使用25~26年完全没问题。我们本来就不打算采用玻璃基板,我们一直重视使用柔性薄膜基板。就在1个月前(2012年7月)实施的考察耐用性的加速试验,在温度85℃、湿度85%的条件下,包括封装在内采用薄膜基板的模块暴晒1000小时后,性能劣化只有3%注1)。一般情况下,在太阳能电池的这种耐用性试验中如果性能劣化为10%,就相当于在实际环境中使用20年性能劣化10%。足见我们的模块耐用性之高。我们认为产品上市时,亦可保证使用20年。

注1):相当于初期发电效率的变化

作为建材使用的话,20年使用期还不够?

当然,需要听取建材用户的意见。我们今后的目标是,通过今后的技术开发,将寿命延长到30年以上。但是即使寿命仍为20年,其间的性能劣化也不过10%,20年以后发电性能并不会突然降为零。

我们还有一个想法是设计可更换或可加装太阳能电池模块的建材。电脑什么的几年后都会换购。同样,如果模块可以更换,那么寿命问题就不存在了。

贵公司不打算采用玻璃基板吗?太阳能电池用户在全球流行的扶持政策FIT(feed-intariffs)下,相比柔性,似乎对高转换效率和长久耐用性更感兴趣。

首先,我们的业务模式不适合FIT。原因主要有两个。一个是BIPV的成本结构与在百万瓦级太阳能电站等设置面板时的成本构造明显不同。你很难计算一扇窗户的价格中太阳能电池占有多少,因此不适合FIT。

另一个是,不知道FIT能持续到何时。日本的FIT现在收购价格高还行,但如果导致电费增加的话,消费者是不会同意的。我们的OPV在没有FIT的情况下也是要做下去的。

关于基板选择,在3年前我们就确定了在柔性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基板上制造的战略。因为虽然技术难度比玻璃基板大,但为了用于BIPV和与其他公司开展差异化竞争,我们认为采用柔性基板至关重要。

的确,使用玻璃基板的话,在短期内易于制造,也容易确保耐用性。转换效率也有所提高。但是,玻璃本身很重,在受到撞击及上方荷载时破裂的风险增大。这对于BIPV而言是一大缺点。轻薄、可弯曲、且不易损坏的太阳能电池才是BIPV的特点。

另一方面,玻璃基板的太阳能电池已经卷入了与中国厂家的激烈降价竞争之中。我们不想和他们在同一领域竞争。由此可见,我们以前的决定是正确的。

作为高转换效率的OPV,现在三菱化学已成为对手。三菱化学也采用低分子材料。贵公司比他们有优势吗?

我们有优势。三菱化学虽然采用低分子材料,但采用印刷技术成膜。要将不溶于溶剂的低分子材料以前驱体的形式溶解后涂布,我非常佩服该技术的创意。但是,我听说他们的工艺温度最高为180℃。在这种温度下,薄膜基板的耐热性高,但是需要价格稍高的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。

而我们是通过真空蒸镀低分子材料来成膜。并且,工艺温度低,最高为120℃。因此,薄膜基板可使用成本低的PET。工艺温度低,所以制造周期也短。这些就是我们的优势。

令我们吃惊的是日本的OPV厂家大部分利用印刷技术来制作高分子材料薄膜。三星电子的智能手机“Galaxy”上采用的有机EL面板是利用蒸镀工艺作低分子材料成膜的。其技术大部分可用于OPV制造。我非常难以理解日本企业为何不采用有如此业绩的成熟技术。

我听说你此次来日本是为了筹集量产用的6000万欧元资金。至目前为止,进展顺利吗?

6000万欧元中,已经筹集到了2500万欧元。另有1000万欧元也基本有了着落。不过,现在有人肯愿意听我说这个话题本身就已经是难能可贵了。现在欧洲处于经济衰退期,并且光伏发电业务的泡沫已经破裂。有时刚一说到“太阳能……”,对方就说“不要说了”。很多人都有这种反应。

我们会坚持不懈地宣传转换效率、耐用性以及从量产计划到业务模式的整个规划。

如果筹资顺利,最早什么时间推出量产品?

我们计划用2012年一整年筹集资金,2013年开发量产用制造装置。然后2014年第3~4季度开始量产。

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