玻璃幕墙竟能变身光伏电池

国家住建部数据显示，中国的建筑能耗约占全社会总能耗的30%。广义的建筑能耗包括从建筑材料制造、建筑施工，到人们日常在建筑中的采暖、空调和照明等。从“耗能城市”向“节能城市”，甚至“产能城市”的转变，是建设智慧城市低碳发展的重要议题。

8月10日，铜铟镓硒薄膜光伏建筑一体化(CIGS-BIPV)技术与应用的研究成果，在陕西西安的光伏产业发展高峰论坛暨展览会上，进行了展示。该项目由国家能源集团牵头，集成了CIGS-BIPV一体化装配技术、光伏光热太阳能综合利用、直流电供电系统、智能楼控系统四大创新点。

铜铟镓硒薄膜光伏发电是指，利用铜铟镓硒薄膜(CIGS)太阳能电池，将光能转换成电能。CIGS太阳能电池是吸收层由铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)四种元素，按照最佳比例构成的结晶薄膜太阳能电池。

国家能源投资集团有限责任公司于2017年11月成立，由中国国电集团公司与神华集团有限责任公司合并重组而成，是目前世界最大的煤炭生产、火力发电、风力发电和煤制油煤化工公司。

本次在陕西西安展示的CIGS-BIPV展示单元，长6.6米，宽4米，高3.7米，建筑面积为26.15平方米，南立面设采光窗，相当于模拟一个小型居住单元，共装有90块光伏组件。初步估计，该单元实际使用的CIGS转换效率约为14%。在西安的日照条件下，该展示单元1天大约能发20度电。

CIGS-BIPV展示单元文闵图

“当前(CIGS)太阳能电池，在实验室的最高转换效率纪录为22.9%。”国家能源集团绿色能源与建筑研究中心汤洋博士表示。

薄膜太阳能电池具有层级结构，衬底一般是玻璃，玻璃之上再分别沉积铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、氧化锌窗口层等多层薄膜，最上层盖板玻璃，因此在与建筑的一体化上具有先天的优势。传统的太阳能光伏板与建筑是分离式的，先有玻璃幕墙，再贴太阳能电池板。而CIGS-BIPV则意味着太阳能电池板本身就能成为一个可以发电的玻璃幕墙，同时满足建筑墙体应达到的抗震、抗腐蚀、抗风的指标。

汤洋介绍，在三种实现了产业化的薄膜太阳能电池中，非晶体硅薄膜太阳能电池的转换效率只有10%以下，且衰减性较大，正处于市场退出状态。

“未来比较有潜力的薄膜太阳能电池就是碲化镉和铜铟镓硒。”汤洋表示。

而这两种薄膜太阳能电池用到的原料中，碲（Te）、铟、镓、硒均为稀有分散元素，在地壳中丰度较低，在自然界中不形成独立矿物，而是以杂质状态分散于其他元素的矿物中。

汤洋介绍，目前市场主流的晶硅太阳能电池，采用的是切片与组装工艺。即将硅材料通常切成156x156毫米的电池板，利用焊带将每块电池板连起来。而第二代的薄膜电池则可以利用镀膜技术让材料直接“长”在玻璃上。

此外，薄膜电池不会产生晶硅类电池很难克服的光致衰退效应，使用寿命可长达30年以上；同时弱光性较晶体硅电池更好。

“同样标定的转换效率，CIGS太阳能电池的发电量比单晶硅、多晶硅太阳能电池要高得多。”国家能源集团总经理、中国工程院院士凌文介绍。

凌文表示，CIGS太阳能电池可以广泛应用于边远山区和海岛的独立电站、农光互补、渔光互补等精准扶贫项目、光伏建筑一体化（BIPV）和大型地面光伏电站等领域。

“五年以后的光伏板跟现在比，成本将大幅下降，效率还将大幅提升。”凌文表示，现在的任务就是继续投入研发，研究如何提高效率并降低成本。

2017年1月，作为主要股东方，原神华集团（现国家能源集团）与上海电气等单位联合出资设立了两家光伏公司，分别为神华（北京）光伏科技研发有限公司和重庆神华薄膜太阳能科技有限公司，两家公司注册资本分别为12.25亿和12.5亿元。2017年12月21日，重庆神华薄膜太阳能电池组件项目正式开工，建设CIGS薄膜太阳能组件生产线，年产能306MW。汤洋表示，等该工厂建起来并实现国产化之后，CIGS太阳能电池的成本会更有竞争力。