《能源评论》：光伏产业只有降低成本才能走向真正的规模化，您认为，在应用层面，阻碍当今太阳能应用成本降低的障碍有哪些？

何祚庥：主要的问题有两个：一是占地面积广。在所有的新能源技术中，与核发电、水力发电、风力发电等技术相比，光伏发电的占地面积是最大的，目前地面用光伏系统占地约为每平方米35～45瓦。2016年全球光伏系统发电量达2750亿千瓦时，占全球用电量的1.3%；至2015年年底，全球光伏累计装机容量达230吉瓦，占地约1万平方公里。二是重量大。虽然光电晶片非常轻薄，其输出功率每瓦重量只有2.5克左右，但封装后的光伏组件，每瓦重量可达100克以上，再加上各种支架和紧固件，每瓦重量可达200克以上，放在屋顶上，为解决承重，就要增加投资。

《能源评论》：在光伏发电越来越接近理论极限的今天，您认为，未来光伏应用的潜力在哪里？

何祚庥：光伏的活力在于轻便和移动。光伏发电的最初应用是在航天工业上，由于星际空间中的真空环境，光伏组件可以采用最简单的封装以发挥其轻便和移动的优势。未来太阳能行业发展的核心元素是轻量化。轻质光伏是光伏产业脱离目前困境，重新迈入康庄大道的重要途径。从这个意义上讲，光伏工业发展到今天，应当回归到上世纪50年代、60年代轻便和移动的概念，以此来扩展光伏更大范围的应用。一个量化的指标是，在保证电学及机械性能不变的情况下，轻型的光伏组件需要达到8克/瓦左右的重量，则其在飞艇、飞机及无人机等方面的应用将指日可待。

《能源评论》：要实现光伏组件轻型化，应该从哪些方面入手解决，目前进展并不乐观的问题在哪里？

何祚庥：要达到上述目标，光伏设计者或发明者的主要任务是替代光伏组件上的笨重玻璃，或以较轻薄的玻璃代替，或以聚合物薄膜代替。

十几年来，组件的外层玻璃已经从4mm减为目前最普遍使用的3.2mm，最近国内外开始用2mm的外层钢化玻璃，并且逐渐进入市场。然而，使用减轻玻璃厚度而减轻光伏组件的方法是有局限性的，轻薄玻璃的制造成本会随着厚度的减少而成反比地增加。

使用聚合物是制造轻型组件的一个方向，随着高分子聚合物材料技术的飞跃发展，许多新的材料，诸如ETFE、KEVLAR等等，其耐候性、透明性及机械性能都可以达到光伏组件表面膜所需要的要求。

从实践来看，以上述材料代替玻璃的光伏组件之所以不能大量运用，原因总结起来就是一句话，晶体光伏电池片同装载体的热失配，譬如铝箔是它的7倍，PVC是它的25倍，PET是它的20倍等等。实验中已经观察到经过几十个热循环后，该组件就会失效，这种热诱导破坏是造成轻薄太阳能组件工作寿命缩短的主要原因。

《能源评论》：目前看来，有哪些可行的解决方案或方向？

何祚庥：应对轻薄太阳能组件的结构重新进行设计。一个可能的思路是，光伏组件首先由冷封装的方法制成组件预制件，在这种预制件中晶体硅的晶片由两层一定厚度的聚合物薄膜包裹，其厚度的确定使得在热冲击中薄膜的收缩和膨胀不会对晶体硅产生明显的热应力。预制件同背板的连接通过一种热隔离层，使得受到热冲击的背板的收缩或膨胀对预制件几乎没有影响，其结构类似于在多地震带的房屋建筑中的震动隔离装置。

同时，对聚合物表面的处理采用氟元素和纳米材料，既有强大的耐候作用，又有类似玻璃一样的耐磨、耐刮性能，如此，其表层可以做得非常薄，真正起到了软玻璃的作用。

（中国科学院理论物理研究所研究员陈应天对本文亦有贡献）

原标题：太阳能行业的未来是轻量化——访中国科学院院士何祚庥