王善力博士（左一）

　　本刊记者：作为新一代薄膜太阳能电池，CdTe电池风头正劲。请您介绍一下国内CdTe电池的研究情况。

　　王善力：我国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。早期内蒙古大学、新疆大学、云南师范大学等采用蒸发技术、溅射等方法研究和制备CdTe薄膜电池，研究主要集中在材料性能的研究，制备出的小面积电池效率达到6%左右。1990年代后期，四川大学在冯良桓教授的带领下，开始了碲化镉薄膜太阳能电池的研究，在“九五”期间，四川大学承担了科技部资助的科技攻关计划，采用近空间升华技术研究CdTe薄膜电池，并取得很好的成绩，小面积电池效率突破13.38%。“十五”期间，CdTe薄膜电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目，“十一五”期间计划建立一条0.2兆瓦的中试线，四川大学逐渐成为国内CdTe太阳能电池的主要研究单位。随着太阳能产业的发展，特别是最近几年国外CdTe电池的发展，包括上海技术物理研究所在内的中科院一些研究单位也加入其中，在中科院“太阳能行动计划”的支持下，开展高性能CdTe电池以及产业化关键技术的研究，我们中心和中科大王德亮小组等在普通商用玻璃上制备的1cm²面积CdTe电池效率在10%以上，0.07cm²小面积接近14%；中科院电工所的刘向鑫博士小组2μm厚的CdTe电池效率达到12.78%。尽管取得了一些进展，但和美国相比还有较大的差距。

　　本刊记者：美国是目前世界上CdTe电池技术研究和产业化最先进的国家，中美在CdTe电池的技术研发上有哪些差距?

　　王善力：2002年到2005年，我在美国的UniversityofToledo做博士后，开始研究CdTe薄膜太阳能电池，其中2002年的下半年开始，有10个月的时间在FirstSolar公司的研发部开展合作项目工作。那时，中科院电工所的刘向鑫博士正在UniversityofToledo读博士学位，我们亲身参与到美国能源部组织的薄膜太阳能电池计划中，参加过多次美国再生能源实验室(NREL)组织的研讨会。我们先后回到国内继续从事CdTe薄膜电池的研究工作，聚在一起的时候讨论过如何才能促进中国的CdTe薄膜电池研究和产业化发展，我们觉得如果参照美国的研究进程进行对比，中国无论在技术还是在产业化方面与美国的差距都正在拉大。

　　首先从研究投入上进行比较，美国专项投入CdTe太阳能电池的研究始于上世纪90年代中期，美国能源部先后发布薄膜合作组织计划（ThinFilmPartnershipProgram)和高性能光伏计划(HighPerformancePhotovoltaicProgram)，制定了中(2006)、长期(2015)薄膜太阳能电池的发展规划，CdTe太阳能电池的研究是其中的一部分，由美国的再生能源实验室(NREL)牵头，组织大学、研究所和企业参与，每三年为一个研发周期，完成一定的目标，CdTe电池方面研发投入每年在几百万美元。项目的初期参加的研究单位近三十家，进入第二个阶段，集中支持了近十家研究单位，通过组织协调来完成相关的研究目标，每年NREL组织所有的参研单位进行研讨。通过十年的发展，美国的CdTe太阳能电池技术水平保持世界第一的位置，美国能源部对CdTe电池技术的支持发生了改变，由前期的支持技术研发转变为现在的成果转化，支持CdTe产业化的发展。

　　从1990年以后，国内对CdTe太阳能电池研究投入陆续增加，国家自然基金在基础研究方面给予一定的支持，经费从几万到几十万，参与的单位各自提出独立的研究课题。2000年开始的“十五”期间，科技部“863”、“973“计划对太阳能电池研究进行专门的支持，组织多家单位进行技术攻关，CdTe电池的研究作为其中的一部分落在四川大学，支持力度达到几百万元。2008年科技部“863”计划又一次对太阳能电池研究进行支持，支持与企业联合进行2MW中试产业化的研究，CdTe太阳电池也是其中的一个课题，由四川大学和尚德公司合作承担，支持力度达到1600万元，企业匹配6400万元。

　　对比中美两国的研发投入不难发现，国内同样对CdTe太阳能电池给予一定的重视，支持的时间与美国基本一致，经费支持力度逐渐增大，从支持技术研究逐渐到支持产业化的研究。不同之处在于美国首先支持的是一个由多家研究单位和企业组成的多元技术团队，然后整个技术团队发展成若干个企业给予一定的支持，接下来技术成功的企业进行自发的技术投入。前期支持以研究单位为主，做好技术上的准备，后期以企业为主，保持和发展技术，最终维护美国CdTe太阳能电池技术世界第一的地位。如果说美国研究投入是一个面的话，国内目前的研发投入没有形成团队合作研发的局面，还是集中在一个点上，缺乏广泛的技术基础，只依靠一个单位或一个企业，成功的风险很大，往往只有投入没有产出。因此，国内的CdTe技术研发需要一个由研发单位和企业组成的团队联合攻关。

　　我们再从产业化方面来作个比较。尽管美国早在上世纪90年代后期就投入CdTe电池的研究，当时从事CdTe太阳能电池产业化的很少，2002年左右只有BPSolar、FirstSolar、CanromPV三家企业，加上德国的AntecSolar，当时全球只有这4家企业开展10兆瓦规模以下的生产。BPSolar2003年关闭了CdTe电池电镀工艺线，CanromPV没有实质性的生产线，Antecsolar一直运行不善，2004年左右FirstSolar成为唯一坚持运行的公司，当时它的规模还只限于俄亥俄州的一条5兆瓦的生产线，NREL每年组织CdTe团队研讨会，大学的研究小组成为主角，FirstSolar遇到的技术问题由NREL组织团队成员与公司一起合作研究，通过与美国NREL紧密合作，2005年FirstSolar在俄亥俄州的生产线扩大到25兆瓦，到2010年底加上德国、马来西亚、越南的生产线，形成了1500兆瓦的生产能力。此前，包括FirstSolar的前身SolarCell公司一直在美国NREL的技术支持下发展，公司与相关大学一起承担NREL的研究项目。2006年FirstSolar成功上市后，企业的研发发生了转变，自己投入资金研发，美国政府对这些成功的企业不再给予支持。

　　美国2006年以后相继出现了十几家小规模的CdTe太阳能电池公司，如PrimeStarSolar、AboundSolar等，经过5年的发展，这些新的公司通过融资扩大，逐渐成为FirstSolar的竞争对手。这些新成立的公司都是美国能源部CdTe电池技术转移的结果，典型的例子是AboundSolar公司，它的前身是2007年科罗拉多州立大学(ColoradoStateUniversity)的W.S.Sampath教授创立的AVASolar公司。W.S.Sampath教授领导的CdTe小组是NREL组织的CdTe整个团队中的一员，此前一直获得CdTe电池项目的支持，每年由NREL组织团队进行技术交流活动，介绍项目进展情况和遇到的问题，2005年当时W.S.Sampath教授承担进行2兆瓦小规模中试线的研究。AVASolar公司2009年3月融资扩大变成AboundSolar，2010年底获得美国能源部4亿美元贷款担保，计划建设规模扩大到840兆瓦的规模。国内还没有一家能够生产CdTe组件的企业。在科技部“863”计划支持下，四川大学2008年和尚德公司合作承担2兆瓦中试线技术开发，目前还没有成功的报道。

　　2009年底四川阿波罗公司宣称5兆瓦中试线运行，但还没有产品出现。该公司与中国建材集团合资成立的中光电阿波罗公司计划引进德国技术，计划用5年时间建设成1000兆瓦的生产能力，也需要时间来检验。龙焱能源科技(杭州)有限公司是原来在美国NREL工作的吴选之教授于2008年左右回国创建的，吴教授在美国NREL创造了CdTe电池16.7%的世界记录，该公司的兆瓦级生产线已经建设完成，还没有相关结果报道。

　　由此可见，中美两国在CdTe太阳能电池产业化方面相差甚远，美国以第一太阳能(FirstSolar)为代表的企业形成了上GW的规模，国内的CdTe电池组件生产目前还为零。当然，美国的相关企业的发展也是经过几年或十几年的技术储备，前期的政府扶持必不可少，两方面缺一不可。国内由于没有很好的CdTe技术储备，国家、地方政府部门尽管支持企业发展，但相关企业根本没有能力持续发展下去，往往借助新能源这个题材先获得国家、地方政府的支持，然后，花费大量的资金去国外购买技术和设备，维持眼前企业发展的需要，使企业和政府双双陷入为难境地，投入了大量财力就是不见成效。CdTe太阳能电池产业化技术作为美国的高技术产业技术，中国和美国在这方面存在竞争的关系，国内的企业无法获得一流的技术和装备，要想不受制于人，只能立足于国内联合研究，形成必要的CdTe技术储备，逐渐缩小产业化的差距。

　　本刊记者：通过中美CdTe电池的技术投入和产业化程度的对比，对我国的CdTe电池，乃至整个光伏产业发展有哪些启示?

　　王善力：全球经济不景气带来大批光伏企业停产、裁员甚至倒闭的消息，当然，从事CdTe电池组件生产的企业也受到同样环境的影响面临困境，企业的生存发展除了寄希望于外部经济环境向好的方向转变外，还需要企业从自身内部找原因，寻找摆脱困境的出路。从美国政府对光伏技术的投入和技术进步之间的关系中不难看出来，快速成功的捷径是不存在的。因为技术突破是不可预测的，即使偶然发生的技术突破也不能作为长期规划的依据。一个在初期阶段看起来非常有前途的新技术，也需要给予足够的时间、大量的工作和人才、以及稳定的财政支持，才可能获得成功，坚持科学的研究和发展才是技术进步的基石。包括目前的晶硅电池在内的许多正在使用的成功技术，毕竟都是过去40年逐步积累起来的，某些技术甚至在1970年代就已经出现了。

　　美国的薄膜电池发展也经历了4个时期。上世纪70年代至1983年，伴随整个光伏行业的崛起，薄膜电池被寄予厚望。上世纪70年代末，受石油危机的刺激，美国政府对光伏技术的经费投入大幅度增加，大部分用于降低晶硅电池技术的成本，并发展相关的应用技术，使光伏发电成本在公共建筑的集中使用中具有竞争力。伴随晶硅电池技术的成功发展，实验室效率>10%的薄膜电池也被成功研制出来，其中包括CdTe(Kodak)、CIS(铜铟硒Boeing)、Cu₂S(IECUniv.ofDelaware)。虽然这段期间，美国政府在光伏方面的经费投入在技术上获得了高度的成功，形成了成功的晶硅电池技术基础，但1980年代末并未实现大规模、实用化、有成本竞争力的光伏发电，伴随着石油和天然气价格的持续下降，导致人们对能源替代技术的兴趣也持续下降，并在美国政府的经费投入力度中体现出来。

　　1983年到1993的十年间，薄膜电池进入扎实研究的时期。虽然失去了前一时期大量的经费支持，但美国能源部在这段期间对光伏的投入开始针对长期、高风险、高回报的研究方向。在此期间，美国仍继续在晶硅电池效率提高和生产技术上坚持投入，并获得首个效率突破20%的晶硅电池;同时CdTe薄膜电池方面取得突破，CdCl2热处理对电池性能的跨越式提高，首个效率大于12%的CdTe电池出现。1991-1995年，由于对未来能源供应和全球环境的顾虑开始逐步被人们意识到，美国、欧洲和日本在光伏方面的经费投入都快速增加。

　　从1993年到2003年，美国人逐步认识到了光伏技术的价值。经历1990年代初前五年的连续增长，美国能源部的光伏项目经费在这段时期基本趋于稳定。在经费投入上采取了平衡基础研究和应用研究的策略，并将重点放在了薄膜技术和生产的研发上。这是由于美国能源部经过上一阶段的持续投入，已经开始认识到薄膜光伏在降低成本和实现大规模应用方面更大的潜力和优势，并计划为第二次能源危机到来时替代能源的大规模应用储备所需的、可与石化能源抗衡的光伏技术。这种研究经费的策略，为美国的光伏研究带来了丰硕的成果，其中包括效率16.7%的CdT(eNREL)，19.2%的CIGS(NREL)，24.7%的晶硅电池(UNSW)，以及超过35%的三叠层聚光三五族电池(Spectrolab)。同时，对于光伏材料、器件和工艺的基础理解也更加深入。

　　2003年至今，薄膜电池迎来了技术相对成熟、市场机遇到来的阶段。在此阶段开始之初，特别是2003年英国石油公司(BP)由于对CdTe和a-Si薄膜光伏技术的市场前景不乐观，决定放弃旗下BPSolar的所有业务，对整个薄膜光伏界一度产生了不小的冲击。但是与1970年代的石油危机相似，2004年前后的石油价格上涨，特别是之后对全球暖化与人类排放CO₂之间关系的争论，和2000年日本百万屋顶计划和2003年德国绿党政府大力推行可再生能源政策，带来了全球对光伏技术的大量投资。美国政府的光伏经费资助策略明显倾向于将实验室技术向产业化的转移，同时兼顾基础研究。经过几年的发展，虽然CdTe产业化获得巨大成功，但是其最高效率长期得不到提高，同时a-Si成本偏高和CIGS大面积生产所遇到的技术性困难，也暴露出了薄膜光伏技术尚有未发展成熟的地方，仍有许多基础研究工作需要深入。

　　他山之石，可以攻玉。梳理美国薄膜电池技术发展的历史，可以给我们带来很多启示。但是我始终要强调的是：CdTe电池发展没有捷径可循，坚持科学的研究和发展才是技术进步的基石。对于中国的光伏产业而言，也是如此。

　　本刊记者：对于国内CdTe电池技术研发及产业化发展，您有哪些建议?

　　王善力：国内开展CdTe薄膜太阳能电池研发和产业推进有一定的基础。

　　首先，CdTe电池的原材料国内完全能够提供，从矿石开采到高纯材料提纯，我国都有相当的基础。目前，大多数的Cd和Te原材料都是铅锌铜矿开采的副产品，我国镉矿资源约占世界镉矿资源总量的23%，居世界第一位，碲的储量在世界上处于第三位。四川阿波罗公司新建有高纯Cd、Te以及合成高纯CdTe的原材料生产线，每年可以向外提供几十吨的高纯材料;东方电气集团下的峨嵋半导体厂去年扩建了高纯车间，具有年产十几吨的生产能力，正在等待国内CdTe电池产业的发展。

　　其次，国内相关研究单位和企业已经介入CdTe电池技术中。四川大学一直在进行CdTe电池技术及产业化的研究;中科院的太阳能行动计划把开发产业化的CdTe电池技术作为重点，组织了多家研究所进行联合攻关;四川大学、中科院上海技术物理研究所都在进行中试规模产业化的研究;中光电阿波罗、杭州龙焱已经开始建设生产线，这些研究机构和企业构成了CdTe太阳能电池产业化发展不可缺少的载体。因此，无论从太阳能电池技术发展趋势还是从国家能源发展战略考虑，目前，国内需要重视CdTe薄膜太阳能电池技术产业化的发展，从国家能源技术储备角度来抓好产业化布局。

　　借鉴美国这方面的经验，建议国内采取以下行动：

　　一是由国家能源部统一各部委的资源，专门制定CdTe薄膜电池产业化和技术储备方面的规划。

　　二是组织有基础和实力的研究单位和企业形成联合体，围绕近期(3年)、中期(5年)目标，展开基础理论、材料技术、工艺技术、装备技术、并网技术等方面的技术攻关。

　　三是支持有CdTe电池基础的研究单位和企业与国外相关研究单位和企业合作开发CdTe电池技术，把国外最新的技术引进到国内。

　　四是组织有关力量扶持以CdTe电池组件生产为主的小公司。

　　五是加大投入力度，鼓励学术独立和创新，鼓励不同于主流的技术路线，强调合作交流、共同进步。可以建立类似美国NCPV的光伏中心，要求参与项目的技术团队分享所获得的基础数据，同时保护各自的关键工艺。

　　六是在器件、材料、基础原理方面继续加大研究，扩大研究团队范围，为我国在该领域的自主创新提供科学的数据和理论基础，并培养自身高层次技术与科研人才。

　　七是为了充分利用我国Te资源，建立好我国Te产量和储备资源的数据统计，为CdTe薄膜光伏产业的规模化提供上游源材料的战略储备，并在此基础上合理规划该产业的规模，以及基于该规划做好对降低电池Te资源消耗技术的研发进度，在技术上做好战略储备。

　　八是充分利用我国产能过剩的玻璃产业，在技术研发投入上鼓励开发新一代低廉光伏超白玻璃和透明导电玻璃的研究，并鼓励其与光伏技术合作。提早做好上游光伏玻璃的技术储备。

　　九是针对CdTe组件回收技术的投入，开发自主的低廉、低排放的产业化回收技术。为未来在我国CdTe光伏的大规模使用和对外出口提供技术保证。并学习国外先进的保险模式，探索金融支撑模式，为20年以上使用寿命的CdTe组件提供未来回收的资金保证。

　　十是组织对CdTe薄膜光伏技术的全产业链环境效应研究，针对在我国应用时的减少二氧化碳排放、重金属排放、能源回报周期等开展详细的研究，为国家战略决策提供科学数据。

　　王善力博士

　　上海太阳能电池研究与发展中心副主任、研究员。长期从事半导体材料与器件研究工作，曾在2002年6月-2005年6月在美国俄亥俄州UniversityofToledo物理天文系做博士后，研究高性能太阳电池。期间2002年10月-2003年7月在FisrtSolar有限公司研究开发部做技术支持工作，研究高透射率透明导电氧化物。在上海技术物理研究所工作期间，作为技术骨干参加碲镉汞分子束外延生长及红外器件“863”以及国防科工委预研项目。在日本工作期间先后参加了日本科学振兴促进学会支持的GaMnAs稀磁半导体生长及应用研究，日本文部省支持的ZnTe半导体材料金属有机物气相沉淀生长及绿色发光二极管应用研究。上海太阳能电池研究与发展中心是由中科院上海分院、中科院上海技术物理研究所以及浦东张江集团共同发起成立的法人单位，中心主任为中科院褚君浩院士，该中心也是筹建中的中国科学院太阳电池研究中心(筹)重要组成部分。王善力博士从中心2008年成立开始担任副主任，负责中心的科研管理，组织中心科研人员从事硅材料提纯、薄膜太阳电池、测试评价以及光伏应用等研发工作，中心现承担国家、地方、企业等多项研究项目，其本人在薄膜太阳能电池方面有很强的技术背景。