主题：【原创】有机太阳能：中国发展的的一个战略选择（之一） -- 井底望天

五

当然，平心而论，这个世界上不存在没有补助的能源。你看一下石油，天然气，煤炭和核电站，不论是美国，中国，日本，还是欧洲，都补贴得挺厉害的。因此硅晶体太阳能要争取政府补贴，算是师出有名。

不过，这个行业自己也必须争气，把成本降下来。按照硅谷半导体行业的历史经验，就是每十年，生产成本就要降一半。以硅晶体太阳能的发展来看，从1979年的世界总产量5MW，到2006年，变成了2000MW，而电池系统批发价，则是从32美元，下降到了3美元多。确实做到了每10年，降一半。

这个过程的实现，主要来源于科技进步，工艺革新，产能扩大，良性竞争，和规模效应。在制造工艺上的进步，是硅基电池的光电转换率越来越高，电池厚度变薄了，电池重量变轻了。

1995年，在斯坦福大学教电力工程的Richard Swanson教授，自己跑出来开了公司SunPower。他当时就是确信太阳能电池的成本，进入了标准的经验曲线，就是成本和产量变化。这个曲线表明了每当产量翻倍的时候，价格就要下降18%。后来他的公司，在2002年，得到了半导体大公司Crypress的亲眯，大量注资。并于2005年间成功上市，和后来中国由施正荣博士创立的无锡尚德，成了股市上大宠儿。

因为美国在半导体行业的巨量优势和数十年经验，将成本大幅度降下来的第一条道路，就是将产业超大规模化。这条道路的理论奠基是在2004年，当时在HP任职的Marvin Keshner和同伴Rajiv Arya为美国能源部国家再生能源研究所，撰写了题为“超大规模电池系统制造对成本降低的潜力研究”的报告。在这个报告中，他们认为最终可以将太阳能电池系统降低到每峰瓦一美元。

在报告中，他们提到的各项革新，包括生产过程自动化来减少停工，增加产出，优化系统生产线的停工和维修周转，大规模提高生产线的生产能力，选用最优化的25到30年使用寿命的材料，缩短工序间的运输距离，减少中间过程等等。而Keshner后来创立了OptiSolar公司，来实现他提出的方案。

其实美国选择了硅晶体作为其太阳能的道路，和这批硅谷的半导体大牛们的推动有关系。这批人士大多有在大规模集成电路，平板显示器，计算机硬盘等等领域，有非常丰富的经验，因此用这些经验来做一个行业的华丽转身，不足为奇。

从工艺上来看，就是从半导体到电池板只不过是产品变化，而整个低成本，高产量，流水线，半导体为基础的制造过程最好就可以重复使用。其实在高科技革命之前，美国的半导体芯片和电路板，是在能源工业的电网和输电技术的基础上兴起的。而以半导体的处理器芯片和三级管，则为人类带来了大规模生产的收音机，电视机，电脑和其他消费电子产品。

这个基础的核心，就是美国人把持的两大技术核心—能源和半导体。第一次半导体革命，带来了电脑和消费者电子产品，而第二次半导体革命，就是半导体向能源的回归，把自己变成能源的来源。

六

从这里可以看出美国人的道路，那就是要把新能源的发展，和国家对关键技术的控制，紧密地联系在一起。通过对能源技术和半导体技术的合流，来主导世界的技术发展方向，并以此来确保美国的国际竞争力。因此在这个技术上，开辟出一条完全不同的新路，来打破美国控制的局面，就是一个国家未来国际竞争力之争。

看不明白这一个关键，就会被人家拿出来的一大推技术理由把你忽悠糊涂了。人家摆出一大堆道理，把硅晶体的优势说得玄玄乎乎，最好就是让你一起上船，把产业链里最低端，利润最薄的那一块给你糊口，然后人家就控制最关键的技术，吃最大的鲍鱼，还和你一起建立全球领先的产业链呢。

结果是什么呢？不如你做那些容易活？你生产，俺卖给你天价的生产线？专利费还是俺要了，你就做成品，好不好？

欧洲人当然没这么傻。人家在进来抢这个蛋糕的同时，比如说德国公司Q-Cells的兴起，也不忘一颗红心，多种准备。一方面拼命发展自己占优势的太阳热能，一方面加大对非硅晶体太阳能的研发，例如在有机太阳能的投入上，也是上了国家计划。

当然美国人也是有两手准备，担心一旦别的国家在非硅晶体上有所突破，那自己的黄粱梦一破，就束手无策了。他们同时进行的就是俺说的第二条道路，发展非硅晶体道路。

这条路子的头一个波浪，就是俺成为第二代的薄膜太阳能。这里面有希望通过计算机硬盘镀膜的溅射技术（sputtering）来实现CIGS薄膜的Miasole公司，以及同类的NanoSolar公司，也包括做纳米结构二氧化钛的Konarka（后来转做有机太阳能），还包括做碲化镉的First Solar等公司。

原先大家的目标是在2015年，希望可以做到1美元一峰瓦的价格，不过First Solar在2008年的最后一个季度，因为产量规模大的原因，暂时突破了0.98美元一峰瓦的记录。而以CIGS技术为基础的公司，则将目标定到了0.75美元。不过这些都还是在设备成本的范畴上，加上安装成本，要到2美元，还是有一段距离。

而同时号称第三代太阳能的有机太阳能开始横空出世了。将整个行业的发展带入了一个更加精彩纷云的局面。

表1 主要太阳能电池技术分类比较

技术分代 太阳能电池类型 原材料 生产工艺 光电转化效率

第一代：

晶体硅太阳能电池 单晶硅 生产过程污染高，能耗大 工艺繁琐，成本高昂 16％－18％

多晶硅 生产工艺较单晶硅简单，但成本仍较高 12％－14％

第二代：

无机薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜 生产消耗的硅料相对第一代太阳能电池有所减少 生产工艺较第一代太阳能电池有较大简化，但受到高真空过程的局限，生产设备也较昂贵 6％－8％

铜铟镓锡 铟的储量稀少，不足以支撑大规模生产 11％

碲化镉 原料镉有剧毒，碲储量比白金还稀少 9％

第三代：

新技术概念 有机太阳能电池 原材料成本低廉 生产工艺简单 6％－7％

染料敏化太阳能电池 生产工艺比有机太阳能电池复杂，电池中包含液态电解质 5％－12％

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虽然说中央权威在改革30年后，不断衰落，XXXXXXXX

看到过国内某单位的实验室产品 确实比较软 有弹性

不过离中试还有段距离

据说军方已经在预订了

七

现在舆论界对第三代太阳能技术，是一个比较宽松的定义。其中被人称或者被自称的，包括多PN结层太阳能，HIT太阳能，聚光太阳能技术等等，事实上都只是对前两代技术的修修补补。

比如说最近的一家以色列公司GreenSun Energy做的技术改进，就是在硅基电池的外层涂上一层荧光粉，通过这个染料，吸收太阳光后，重新通过电池可以接受的光谱，放射出来。另外的一些公司，搞的就是聚光技术，比如说美国的Cool Earth Solar用的是气球原理，通过气球原理，把气球的一半涂上金属原料，就把太阳光聚焦了。

图一 Cool Earth Solar的聚光技术

而真正在原理上有革命性技术突破的，主要是两个技术。一个是染料敏化太阳能电池技术，一个就是俺大力鼓吹的有机太阳能电池技术。这两种技术才是第三代太阳能技术的真正代表。

染料敏化太阳能电池，是瑞士科学家Micheal Graetzel的发明。虽然俺并不完全赞同老先生的技术道路，但毕竟他还是俺们的老师和顾问，因此对老爷子的尊重还是免不了的。

此种电池以有机染料为吸光材料，以二氧化钛晶体薄膜为电子传输材料，通过有机染料对二氧化钛晶体的电子注入实现光电转化。这种技术概念相对于传统电池中的无机PN结来说是一个巨大的进步，因为采用此种材料的太阳能电池无须再依赖高纯度的无机半导体材料，从而可以极大地降低电池成本。然而由于染料敏化太阳能电池需要采用液态电解液作为空穴传输层，由此产生的生产工艺问题尚未很好解决。

现在在这个电池技术上领先的是日本大公司夏普，澳洲公司Dyesol和以色列公司3GSolar。

有机太阳能电池技术，则源自1980年代科学界对有机半导体异质结的研究。其基本结构是由透明电极、电极缓冲层、有机电子给体、有机电子受体以及金属电极组成。给体和受体两种有机半导体材料既是吸光材料，又是载流子传输材料。有机半导体材料中的电子被入射光激发后形成激子，并通过给体向受体的电子注入来完成光电转化。

图二 甲：双层膜有机太阳能电池的能级示意图，乙：光电转化的四个步骤。1. 电子给体吸收光子形成激子；2. 激子扩散到给体/受体界面上；3. 在界面上激子分离为自由电子和空穴；4. 自由载流子在内建电场作用下移动到两个电极上。

有机太阳能的给体和受体两种有机半导体材料，既是吸光材料，又是载流子传输材料。有机半导体材料中的电子被入射光激发后形成激子，并通过给体向受体的电子注入来完成光电转化。

与染料敏化太阳能电池类似，有机太阳能电池也无须依赖高纯度的无机半导体。而且有机太阳能电池的原材料与染料敏化太阳能电池相比更为低廉，完全固态的有机太阳能电池，生产工艺也更为简单。

因此俺们可以说，有机太阳能最大的竞争优势，就是成本低廉。以俺们自己的技术来推算，生产出来的产品每峰瓦，保守估计大概是0.30美分左右，就是2-3元人民币。而且成本下降还有空间。

这个成本，基本上是硅晶体太阳能的10分之一，是第二代薄膜太阳能的3分之一。而通过工艺的优化，和规模效应的出现，这个成本是可以降低到1元人民币，就是说大概0.15美元一峰瓦。那么在电价上是什么概念呢？

那就是以现在的成本计算，俺们的技术可以做到上网电价低于现在火电上网价格，完全不需要国家财政补贴，就已经可以盈利了。

八

那么现在的硅晶体太阳能的价格如何呢？

据今年3月22日中国开标的敦煌10兆瓦太阳能电站特许权招标项目的数字，平均报价低于1.5人民币一度电。最低的是0.69元。这个结果已经相当不错，得益于目前硅晶体原料的大幅度降价。

不过据当事人透露，这个消息令国家发改委能源所，可再生能源光伏专委会等等相关部门，大吃一惊。根据从中国硅晶体太阳能的龙头企业无锡尚德，苏州阿特斯，和江苏中能了解的信息，太阳能电池的组件成本大概是15-18元 （相对于俺们的2-3元），加上其他逆变和输配电，电站建设安装和土地等等成本，大概是26-33元。那对俺们来说，就大概是13-18元左右。

而对屋顶太阳能设备，现在的硅晶体太阳能大概是22-29元，俺们大概是10-16元的水平了。

今年4月28日，太阳能行业的13家大企业发表了《洛阳宣言》，号称要在2012年实现上网电价1元每千瓦的目标。而俺们就要争取在2012年，做到上网电价2毛钱的目标。

从这里大家可以看出，在成本上，有机太阳能占有的强大优势。

那么人家自然要避免谈你的优势，而要集中力量来攻击你的弱势。而对有机太阳能攻击最主要的一个地方，就是光电转换率。

这些人就会说，哼，你的有机太阳能，转换率不就是6-7%吗？人家硅晶体可是到了16-18%，而且最新的实验室里做到了21-22%呢！你永远也做不到硅晶体的转换率。

对这种说法，俺也是，哼，不看一看你的高成本！要是光靠高转换率，那硅晶体也算不了老大吧！干嘛不把人家GaInP/GaInAs/Ge拿出来啊？人家这个材料的光电转换率可是41%，超过了硅晶体的物理极限33%了。干嘛不拿这个在航天飞机，宇宙飞船，太空站和卫星上用的太阳能电池，装在俺家的房顶上呢？一句话，就是成本太高了。

那么有机太阳能的光电转换率提高的前景如何呢？最近俺们刚刚和Alan Heeger这位诺贝尔获得者聊过天。他的估计是大概在2012年，有机太阳能转换率可以突破12%。而有机光电的祖师爷邓青云老先生，也觉得俺们的这条道路，非常有可能首先突破10%。而这个也是俺们的近期目标。

从下面这个光电转换率图线，可以看出有机太阳能正在进入一个快速提升阶段，而这正是因为近2年来，在有机太阳能的原理和机理上得到了理论上的突破，大家的研发方向非常清晰而带来的结果。

图三 有机太阳能光电转换率的历史曲线

考虑到寿命的问题，有机太阳能电池基板成本必须乘以5左右才能与硅基比较。硅基的不少于10年寿命，很多公司都宣称20-30年寿命。我认为10年是合理的估计。而有机太阳能电池的寿命我估计只有2年。依据是现在的导光板（有机玻璃）寿命大约2-3年，之后就发黄老化。导光板还主要仅仅是灯光照射，还不是阳光直射，有机玻璃也还算比较稳定的有机物。所以低成本的有机太阳能电池的寿命，不大可能超过2年。这样，有机太阳能电池的寿命大约只可能相当于硅基的1/5。这样，2元的有机太阳能电池应当做10元估计。这样基板成本是硅基的一半。这个价钱正好处于有利与无利之间，非常尴尬。

另外，有机太阳能电池不大可能耐高温，所以基本上任何聚光技术都不可能采用。而且，一般这种光敏有机材料50度的温度都会导致迅速老化甚至变性。如果是这样的话，必须使用复杂的冷却技术，那就大大增加成本了。即使不考虑这个冷却问题，硅基使用聚光技术把成本降低一半是可以实现的。一旦实现，有机太阳能电池就没有前途了。

先谈一下温度问题，你说50c就有问题，下面这个链接是Konarka在65c的测试结果。

http://powerelectronics.com/power_systems/news/organic-solar-cell-life-testing-0625/

还有就是konarka的电池已经超过2年了，从计算上来看，应该可以至少5年。而我们的材料，比他们的要有利，基本上是10年，封装好的话，可以用20年。

我提到的那家以色列公司，已经宣称可以降一半成本了。就是说，1.5美金一峰瓦。我们可以做到1.5人民币一峰瓦。呵呵。

正考虑是不是应该买些电力公司的股票。

你的链接只能说明konarka的（小批量生产）电池寿命可以超过1年。5年/10年这样的估计，没有数据是无法让人信服的。至于“封装好”，这封装增加的成本可不是一点点。还有就是，降低成本往往要牺牲寿命。大规模生产时的寿命也可能要下降。你说你的技术好，在没有令人信服的数据和实验之前，以目前的数据和经验，我仍然认为2年的寿命估计是最合理的。

至于温度的问题，65度仍然是不能用聚光技术的。而聚光技术，最新的是这个：

[url]http://www.technologyreview.com/energy/22204/

[/url]

这个其实是导光板的逆向应用，可以参考导光板的成本。我见到的网上最低报价是8元/平方米。当然这个报价当不得真。但这个成本很低是可以肯定的。而中国目前基本垄断中低端导光板市场，设计和生产这个都不成问题。当然，导光板仍然是有机材料，其成本仍然要考虑短寿命的影响。不过，导光板的成本足够低，即使2年左右的寿命仍然是可以接受的。基于此，有机太阳能电池要竞争的不是单纯的硅基，而是结合廉价聚光系统的硅基。

你是你自己说的：

“而且，一般这种光敏有机材料50度的温度都会导致迅速老化甚至变性。如果是这样的话，必须使用复杂的冷却技术，那就大大增加成本了。”

结果我给了你Konarka在65度的报告。

然后你回答：

“至于温度的问题，65度仍然是不能用聚光技术的。”

你不觉得你自己在转换话题吗？人家的产品在65c下面，也“没有迅速老化甚至变形”。

而且这个报告是在2008年6月出的。今天7月份，我们才见过Alan Heeger。他的电池是2007年初放的，已经超过2年了，但是没有任何degrading的现象。按照你说的最多2年，是不是应该有degrading现象出现呢？

而且你的“合理”是靠怎么得出来的？数据，测试，推算？还是自己一拍脑袋？

我可以在给你一个链接：

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/10/081014160813.htm

通过应用这种技术，高分子类有机太阳能电池的寿命可以达到5年以上。

“This breakthrough paves the way to commercial organic solar cells with an operational lifetime of over 5 years and efficiencies of over 10%.”

希望你拿出一个研究报告，说有机太阳能电池，只有2年寿命。呵呵。

可是铟的储量实在是少啊。

有其他选择。呵呵。

http://dotyenergy.com/Markets/PV_Solar.htm

下面这篇出自伯克利劳伦斯国家实验室关于太阳能的报告（可能是给美国能源部长朱棣文作参考用的）

http://eetd.lbl.gov/ea/EMS/reports/lbnl-1516e.pdf

现在不在这个行业了，呵呵

井大大材，希望你的项目能早日成功，毕竟国家的竞争，说到底是生产力的竞争，现阶段的最重要的表现，就是科学技术的竞争。

很多人提的包括寿命等问题，都是有机材料刚出来的时候就被广泛质疑的，但是我相信总是有方法解决的，毕竟有机材料的可选范围很大，而且性质总可以通过添加一些其它的东西来作微调。

记得有机发光材料，OLED方面清华化学系的邱勇好像以前做的不错，都有一条中试的线了。现在也不知道怎么样了，怎么LCD还是主流呢，不知道是不是OLED遇到大的困难了。

氧化锌也行。

现在做便携产品，3年寿命就够用了。我们的方法绝对超过5年。

邱勇的公司叫做诺维信，他会和我们合作。OLED日本和韩国都做得不错，不过因为人家是LCD公司做的，所以不想用来危害自己的利润。呵呵。