新能源技术何以独步全球？

“

新能源是现在最火爆的领域之一。吸引了大量产业界，学术界，投资界以及普罗大众的目光。而论起新能源，就必须要谈到光伏。说起光伏在新能源里的地位，不由得让人想起类似三国演义里关羽范儿的那句名言：世人每论英雄，必传关某威名。

新能源有那么多种，为什么太阳能会如此引人注目？就像三国里有那么多笑傲天下的英雄，如诸葛之智，周瑜之谋，赵云之勇，曹操之略；还有无数的英雄，但为什么只有关羽才可以被称为武圣？

▲ 太阳能技术应用；

图片来源：新浪财经

从光伏的特点上你可以发现很多很多的优势。比如光伏电站只要有太阳就可以工作，比如光伏电站只要修建好，维护是比较容易的，再比如新能源具有很强的金融属性是一种非常好的“新基建”产业。

但是最为核心的优势在于，相比于其他任何一种新能源技术，光伏发电的优势在于，通过科技创新，光伏发电的成本会不断降低。

▲ 各种发电方式的成本随时间的变化

我们从中可以看到，光伏发电的成本下降最快。而这，其实就是光伏最为核心的竞争力：光伏发电的成本，可以不断地降低。那么，为什么光伏发电的成本可以不断降低呢？

答案便是科技创新。

科技创新，是让光伏的成本不断降低的原动力。而光伏领域的技术发展，一方面包括光伏技术本身的创新，另一方面也包括光伏技术对各种工业技术的吸收和再利用。

典型案例便是引入先进的化工和微电子技术来制造硅（现在，在光伏中应用的硅材料已经是性能极为优越的了。现在对硅光伏的技术探索，主要在硅电池表面以及电极的处理方面）。

所以，在我们国家的《中国2050年光伏发展展望》里明确指出，要在2050年实现光伏发电占比达到全国发电占比的39%^[1]。那么，我们又该如何去定义光伏技术的发展呢？通过研读光伏技术的发展，我们可以看到光伏技术的璀璨未来。

一种很恰当的，被学界接受的，描述光伏技术发展的方式，便是“第一代，第二代，以及第三代太阳能电池。”

第一代太阳能电池，指的是硅电池。这也是目前研究最完善，在产业上也相对比较成熟的一种电池。

已经在产业上得到应用的，成熟了的硅电池包括Al-BSF，PERC，PERT和PERL四种。

下面是关于这四种太阳电池的异同的总结表^[2][3]：

而目前，硅光伏最热门的问题便是“异质结电池”和“TOPCon电池。”这两类电池，其共同点在于都是对电极的结构进行了优化和创新，不断降低在电极上的载流子损失。目前，业界普遍认为，这两种电池会是未来十年光伏行业的主流。

以上这些太阳电池都采用了不同的设计和制造技术，以提高太阳能电池的效率和性能。它们的主要区别在于如何通过不同的方法来改善电池的能量转换效率和光吸收能力。

同时，它们在生产成本、工艺复杂度和后期升级能力方面也存在差异。选择适合的太阳电池类型取决于具体的应用需求和成本效益考虑。

第二代太阳能电池，又名薄膜太阳能电池，特点是，可以用厚度在几个纳米到最多几毫米之间的的薄膜做太阳能电池。这类电池的特点在于，非常适合被应用在建筑上。这也就是所谓的“光伏建筑一体化^[4]。”

第三代太阳能电池，则是一种寄托着人类梦想的伟大实践^[5]。它包括各种各种各样在结构，技术上对太阳能电池的创新。是一系列新兴的太阳能电池技术的统称。目前，这些太阳能电池主要还是处于研究阶段。

其中包括但不限于：

1、多节太阳能电池：把多个能带宽度不同的太阳能电池叠起来，从而吸收更宽频谱的太阳能电池。

2、有机物/高分子有机物太阳能电池：采用有活性的有机物生产太阳能电池。其特点是制造成本比较低。但目前因为效率和稳定性方面的问题，逐步陷入瓶颈。

3、钙钛矿太阳能电池。钙钛矿指的是具有钙钛矿结构的一类离子晶体。从2012年至今的短短十年内，钙钛矿电池的效率翻了整整二十倍，从不到1%到了超过20%，值得注意的是今天最高的钙钛矿太阳能电池效率记录是由中科院半导体所的游经碧团队开发^[6]。

4、量子点太阳能电池。利用零维量子点材料的特殊光电性质，进一步对太阳能电池的效率进行优化。

▲ 太阳能光伏技术的发展

图源：华为

这些新技术，也为太阳能技术的进一步进步提供了很大的可能。

以上，便是太阳能技术的真正竞争力所在：基于技术进步的不断创新。

宏观经济学指出，经济发展有两种方式。

第一种是基于投资的。在技术装备不变的前提下，增加资源要素投入推动产出规模扩张，也就是数量型增长。这样做，看似大水漫灌，轰轰烈烈，但是背后很容易出现过度投资，浪费投资。

另一种，则是基于科学技术进步和管理的优化。这样的方式，提高资源要素配置效率，在提升品质的同时扩大数量，表面上看资源要素投入不增加或者少有增加，但科技的巨大作用将推动经济质与量双双腾飞^[7]。

光伏技术的发展，非常符合经典的宏观经济增长模式，在未来，作为朝阳产业，具有无限可能！

参考资料 Referrence List

（上下滑动阅读）

[1]. 中国能源报，（ 2019年12月23日   第 09 版），

http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2019-12/23/content_1963299.htm

[2]. Luque, A., & Hegedus, S. (2011). 光伏技术与工程手册.

[3]. Wenham, S. R., Green, M. A., & Watt, M. E. (2008). 应用光伏学.

[4]. BIPV的技术review：https://news.energysage.com/building-integrated-photovoltaics-bipv-what-you-need-to-know/

[5]. 第三代太阳能电池：从新概念到新设计。打铁烧砖。https://mp.weixin.qq.com/s/X0udSfSYNXuJ7ImpPOCG3A

[6]. 国家自然科学基金委员会官网：半导体所游经碧团队《Science》发文报道在高效稳定钙钛矿太阳能电池方面取得进展

https://www.nsfc.gov.cn/csc/20340/20343/63282/index.html#:~:text=%E5%9F%BA%E4%BA%8E%E8%8E%B7%E5%BE%97%E7%9A%84%E9%AB%98%E7%A8%B3%E5%AE%9A,%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E7%94%B5%E6%B1%A0%E4%B8%96%E7%95%8C%E6%9C%80%E9%AB%98%E6%95%88%E7%8E%87%E3%80%82

[7]. 人民网，（2019年2月20日 来源：经济参考报），科技创新助推中国经济高质量发展，陈庆修。

本文作者王睿勐，澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)光伏研究所电子工程/光伏工程方向博士研究生；本科毕业于四川大学材料科学与工程系，并于美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）获得材料科学与工程硕士学位。曾于腾讯科技（深圳）担任数据科学家。研究方向为基于高性能计算的太阳能电池模拟，选择性载流子接触纳米材料在光伏器件中的应用。

科睿研究院（Core Academy）是新型社会智库与学术团体。科睿围绕科技、经济、社会发展、当代人文与国际研究等核心领域，聚焦当代社会发展需要，以“启迪大众智慧，助力社会发展”为使命，秉持“科学引领，经世致用”的理念，致力于搭建国内外学术界、企业界与社会之间高效沟通的桥梁，将前沿的学术研究成果赋能至新时代社会发展。