2022年8月16日，在由AspenCore主辦的《2022國際“碳中和”電子產業發展高峰論壇》上，中國科學院院士半導體物理和器件專家褚君浩表示，未來50年內人類將面臨的十個難題中，能源和環境將是需要被重視主要難題，他針對“碳中和”目標下低碳技術的發展機遇做了分享。

地球正面臨嚴峻的環境問題

20世紀以來，受全球人口增加和現代化工業的影響，大氣中的二氧化碳（CO2）濃度顯著增加。CO2是造成溫室效應的主要氣體，全球氣溫的升高導致南北極圈冰蓋消融。隨著北冰洋的冰加速消融，北極熊在夏天狩獵困難，科研人員發現，大熊吃小熊的情況也有增多。

一直到1996年，人類才開始重視氣候變化問題，那時生物學家發現：此前在南方棲息的一種斑蝶，到1996年被發現棲息地已經北移；2021年8月，科研人員在北京發現了一種一直生在南方的尖冒草。

據媒體報道，格陵蘭島今夏最高溫度超過了15℃。如果北極圈內格陵蘭島的冰蓋全部融化，全球海平面將上升7.2米，南京和上海等沿海城市會在海平線下，山東省也將被海水分隔成兩個島嶼。另外，南美洲安第斯山麓地區的冰川也在加速融化，這些訊息在警示人類——全球氣候變化和環境問題已經迫在眉睫。

真鍋淑郎(Syukuro Manabe)、克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）、喬治·帕里西（Giorgio Parisi）三位科學家指出，全球變暖能給可靠預測。地球氣候是一個對人類至關重要的復雜系統，他們解釋清楚了“大氣中二氧化碳含量的增加，如何導致地球表面溫度升高？地球氣候要如何變化？人類有會如何影響它？”的問題。因此，他們在2021年獲得了諾貝爾物理學獎。

發展低碳技術，實現雙碳目標，有助于解決能源環境問題。低碳技術主要包括三個方面——

• 第一，減碳技術：包括節能減排，LED照明，煤的清潔高效利用、油氣資源和煤層氣的勘探開發技術等。
• 第二，無碳技術：包括核能、太陽能、風能、生物質能等，可再生能源技術。可再生能源在使用時無碳排放，但在制造過程中有碳排放，其回收期一般是一年半到兩年。
• 第三，去碳技術：如CO2捕獲與埋存。

太陽能利用技術商業化進展迅速

在低碳技術中，太陽能利用技術非常重要。人類所使用的能源大致有兩種形式，第一種是太陽輻射的能量，簡稱太陽能。其中包括了太陽能、生物能、煤、石油、天然氣、水能、風能等。第二種是來自地球內部的能源，包括地熱、核能等。

研究者們預測，太陽能資源接近無窮大，而全球石油資源總儲量還能供人類使用約45年，天然氣資源總儲量還能供人類使用61年左右，煤資源總儲量還能供人類使用216年左右，鈾資源總儲量還能供人類使用約71年。這組數據突出了人類發展太陽能技術的必要性。

目前，全球六大洲均分布了太陽能資源，其中中國地區有3-5個太陽能資源。理論上，利用部分荒漠地區太陽能可解決全國能源需求。

此前，有業者統計，我國2007年消耗能源26.5億噸標準煤，而我國西部于華北北部年輻射能約達0.2噸標準煤/平方米。如果裝載10%轉化率的太陽能電池，則只需將13萬平方公里土地的太陽能轉化，就能滿足全國2007年全年的能源需求。

圍繞太陽能方面的發展主要有三個方面：

• 1、發展太陽能技術：光伏、光熱、光化學、光生物學，這實際上離不開電子設備；
• 2、發展智能化分布式能源系統和能源互聯網技術；
• 3、因地制宜推廣太陽能技術的廣泛應用。

光打到半導體里激發出電子空穴對，如果電子材料做的非常好，缺陷很少、遷移率大、壽命長，就有可能跑到Pn結里面去，然后把空穴推到電極，這是光電轉化的過程。這涉及到電池結構、內建電場、能帶排列、表面界面；材料特性、雜質缺陷、光生載流子的激發、輸送、載流子遷移率、壽命、擴散長度；設備工藝、材料生長和特性、器件結構制備和功能等諸多科學問題。

生產一顆高效率的太陽能電池要有很多設計、精密的設計和考慮，涉及到物理學、材料學以及基礎研究、應用研究，具有效率、成本、壽命、柔性等方面的挑戰。

太陽能電池技術經歷了三代：第一代光伏電池（硅基電池）主要有單晶硅、多晶硅電池；第二代光伏電池（薄膜電池，具備低成本的特點）主要有非晶硅、砷化鎵、碲化鎘、銅銦鎵硒等；第三代光伏電池（薄膜電池為主，具備高效率、低成本的特點），包括寬光譜疊層多結、染料敏化、鈣鈦礦結構、量子點/納米、有機電池等多種新概念電池。

·鈣鈦礦電池有較好的發展前景

在褚君浩看來，這三代電池之間是互補的關系。最近硅基鈣鈦礦電池得到業內的重視，這是非常有前景的一類太陽能電池技術。鈣鈦礦結構太陽電池中的鈣鈦礦材料吸收系數較高，同時光伏也較契合太陽能的吸收。

2018年9月《科學》（Science）刊發了華中科技大學武漢光電國家研究中心韓宏偉教授團隊合作論文“鈣鈦礦太陽能電池產業化的挑戰”。該團隊所專注的可印刷鈣鈦礦太陽能電池，基于絲網印刷技術制備，采用廉價的碳材料替代傳統的貴金屬作為電極材料，因此具有易于擴大化生產及有望實現廉價太陽能發電的技術特點。

韓宏偉創立的湖北萬度光能有限責任公司承接了華中科技大學p-MPSC項目，實現了3600 cm2模組、集成了110m2示范性實驗電站，實現了穩定發電，完成了器件及材料中試，2200 cm2公證效率14.9%，正在開展200MW p-MPSC大試線建設。該可印刷鈣鈦礦太陽能電池示范系統，充分展示出該項技術良好的應用前景。

最近，南京大學譚海仁教授也在發力全鈣鈦礦太陽能電池的產業化。譚海仁團隊運用涂布印刷、真空沉積等量產化技術，在國際上首次實現了全鈣鈦礦疊層光伏組件的制備，開辟了大面積鈣鈦礦疊層電池的量產化、商業化的全新路徑。經國際權威第三方測試機構認證，大面積組件穩態輸出效率高達21.7%。

鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的前景也非常大。由于鈣鈦礦和硅具有不同的帶隙，為了充分利用太陽光譜，鈣鈦礦太陽能電池可作為頂電池與硅電池形成疊層太陽能電池，即鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。這種鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池既拓寬了電池的光譜響應范圍，提高了太陽能電池效率，又降低了制備成本。

鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽能電池的發展也比較快。銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，因其具有光吸收系數高、禁帶寬度可調、弱光性好和轉換效率高等優點。銅銦鎵硒太陽能電池可以制備在柔性襯底上。鈣鈦礦/銅銦鎵硒疊層太陽能電池可以在提高銅銦鎵硒太陽能電池太陽能電池效率的同時，繼續保持其在柔性/曲面器件上應用的優勢。

多結電池和聚光光伏電池的發展也很快。多結電池的目標是30%左右的效率，它實際上就是三個Pn結，每個Pn結響應一個波段，把太陽波譜全部變化為電，但該類電池的成本比較高，所以目前主要以表面聚光的方式來節省成本。以砷化鎵多結電池為代筆，其電池效率達到36%，未來效率有望達到40%，其柔性制造成本低，但整體電池成本高，目前無人區應用較多。

現在，全世界正掀起探索高效率、低成本太陽能技術熱潮，未來究竟哪一種太陽能電池會成為主流？主要看成本效率和壽命。就目前來看硅基仍是主流。

·分布式能源系統和能源互聯網技術

智能化分布式能源系統，大規模間歇式電源并網技術、大規模多能互補發電技術、大容量快速儲能技術/裝置，都是能源利用方式發展根本的變革。

美國科學家杰里米·里夫在他的《第三次工業革命》一書中把“能源互聯網”看成新經濟系統的五大支柱之一。能源互聯網就是分布式、小型化、智能化、低成本化、安全、可靠、魯棒；開放平臺；用戶為中心的網絡。

能夠讓億人在自己家中、辦公室和工廠生產綠色可再生能源?？梢詫⑦@些能源進行存儲，并用綠色電力為樓房、機器和汽車供電。多余的電力可以于他人分享，就像現在網絡上分享信息一樣。將來能源互聯網和信息互聯網是對應的，將來是非常大的產業。能源互聯網重點產業方向的核心產品為能源路由器，其相關的重大突破性技術，能源路由器關鍵技術。

光伏發電助力我國實現雙碳目標

全球光伏裝機容量在2019年是627GW，預計到2025年將達到1722GW。其中，2019年中國光伏裝機容量達210GW以上，發電量為2243億度/年，到2020年中國光伏裝機量容量為253GW以上，發電量達3000億度/年以上，相當于近三個三峽水電站的年發電量。

歐盟提出到2050年，100%使用可再生能源，美國則和中國則是80%。一次能源中，可再生能源占比約80%，到2050年可再生能源在總發電中的占比達86%，其中風電約占總發電的三分之一，光伏發電占總發電的25%。

通過將碳達峰、碳中和納入到生態文明建設整體布局，希望通過碳中和、碳達峰技術讓建筑交通工業領域的碳排放分別減少25%、54%、16%，總碳減排量超過60%。同時，政府各部門的相關政策、綱要的發布也在積極推動以上目標的實現： “十四五”規劃和2035年遠景目標綱要指出，大力提升風電、光伏發電規模。五部委聯合發文表示，要加大金融支持力度，促進光伏海淀等行業健康有序發展；國家發改委指出，要進一步擴大可再生能源裝機規模……

總之，在“3060”雙碳目標下，電源結構加快向情節低碳轉型。2021年，風電、光伏發電量占全社會用電比重達11%左右，到2030年我國風電、太陽能發電總裝機量將達12億千瓦以上。

在以上目標的推動下，“光伏+”產業將有較好的發展前景。

• 光伏+制氫行業，因太陽能制氫實現了清潔能源生產清潔能源，能有效解決光伏發電消納問題；
• 光伏+5G通信行業，5G基站大部分需要新報裝電，設備功耗大，耗電量大，光伏發電系統能夠有效降低企業電力成本，在5G領域的應用發展潛力巨大；
• 光伏+新能源汽車行業，隨著新能源汽車進一步普及，帶動光伏充電樁建設業務逐漸擴大；
• 光伏+建筑行業，按方式可分為BAPV (光伏與建筑簡單組合連接，分布式的主體)和BIPV(光伏建筑一體化，或光電建筑)，在安全性、觀賞性、便捷性和經濟性方面都具備一定優勢。

再觀察全球光伏企業排名，據365光伏發布的“2020年全球光伏企業20強排名”顯示：隆基、協鑫、晶科、天合光能、阿斯特，FIRST SLOAR,INC.、Hanwha Q CELLS、晶澳、通威、天津中環半導體進入前十。中國企業占據榜單前五強。在TOP10中，中國企業占了8個席位。

從區域來看，我國光伏企業主要分布在華東地區，其中，江蘇省和浙江省是我國光伏產業完備程度最高、產業規模最大、企業集聚度最高的省份。近年來，受生產成本和資源優勢的影響，光伏企業生產基地向西部地區轉移的趨勢明顯。