基于组合评价的太阳能电池产业化过程中关键技术的研究

黄鲁成　李　剑

摘要：关键技术的研究对于太阳能电池产业化能否成功起着至关重要的作用。文章在梳理技术评价研究方法的基础上，构建了主客观相结合的组合评价模型来确定太阳能电池产业化过程中的关键技术。基于技术路线图的主观评价模型考虑了关键技术可能出现的时间，提高了评价结果的科学性。基于文献计量的客观评价模型引用了大量的期刊文献数据，提高了评价结果的客观性。组合评价模型将主客观评价的结果进行了组合，降低了评价结果表现最差的情形发生的概率，

关键词：太阳能电池产业化；关键技术；技术路线图；文献计量分析；组合评价

太阳能电池产业化过程中的关键技术是指能使太阳能电池产业化生产的各个系统(材料系统、经济系统、动力系统和生产控制系统等)得到整体优化。并使太阳能电池在较低成本条件下实现其最大产品功能的技术。太阳能电池的产业化需要企业和政府管理部门投入大量的资金和人员。如果不在太阳能电池产业化前找到关键技术，就会使产业化的过程困难重重。给企业和政府带来巨大的经济损失。

一、研究现状与新思考

从文献的查阅来看，以德尔菲问卷调查法为数据来源的太阳能电池产业化过程中关键技术的评价方法最为丰富和成熟。在这个研究领域具有代表性的专家是东南大学王硕，他提出一组包含专家自身权重的定量与定性相结合的关键技术评价模型，为研究关键技术提供理论和方法论依据。文献数据是一种客观数据，通过对这些客观数据的研究，能够得出一项技术在太阳能电池产业化过程中的关键程度。波兰国立大学的Tugrul U.Daim教授使用文献和专利计量法获得数据，并将数据输入情景规划、成长曲线和类推法的预测模型中。分析了燃料电池、食品安全和光电通讯三个行业产业化过程中的关键技术。

从国内外的研究文献来看，关于太阳能电池产业化过程中关键技术评价的研究成果存在三个突出的问题。(1)以文献计量作为数据源的客观评价模型只考虑了词频分析，而没有从共词分析的角度研究技术之间的关系。(2)在关键技术评价的定性研究方法中，与德尔菲法相结合的定性分析受调查问卷设计和专家组的影响很大。(3)单一模型的预测评价风险大。

综上所述，在总结技术评价方法的前提下。论文构建了一个将技术路线图法和文献计量法研究结果相组合的技术评价模型，如图1所示。

二、主观评价模型

本节引用技术路线图的理论和方法，研究如何设计绘制太阳能电池产业化过程中的技术路线图，找到影响太阳能电池产业化过程中的关键技术。技术路线图的研究方法可以依靠专家知识对新技术进行评价，从众多的技术中找到影响太阳能电池产业化的关键技术，设计出太阳能电池的产业化道路。

1、技术预测。该步骤的目的在于确定太阳能电池产业化过程中需要解决哪些新技术以及能够解决的时间。首先。以太阳能电池为关键词在美国科学情报研究所创建的科学引文索引数据库中检索出有关文献，然后使用bibexcel软件提取出所有文献的关键词，然后进行词频分析找出频次高的技术作为太阳能电池产业化过程中需要解决的新技术。其次，专家对前面找出的新技术进行筛选和补充，删除与太阳能电池无关的技术和补充进文献中没有提到的相关新技术，最后，专家确定新技术可能被攻克的时间顺序。

2、层次分析模型。该步骤的目的是建立太阳能电池产业化过程中关键技术评价的层次分析模型。该模型的技术指标体系包括：技术指标和指标下的技术影响因素。以及技术指标间和技术影响因素问的权重。专家参与确立指标与分配权重的工作。该步骤分两步来完成。第一步：专家根据太阳能电池的介绍和技术档案，确定太阳能电池产业化的技术指标和技术指标下的技术影响因素。第二步：专家根据第一步列出的技术指标和技术影响因素，确定它们之间彼此的权重。

3、新技术的专家评价。该步骤的主要目的在于根据已经构建的层次分析模型对列出的新技术进行评价。第一组专家根据自己对每一项新技术的理解对其进行打分，分值从0分～10分，10分代表此项技术在该技术影响因素上表现出卓越的性能，0分则相反。而后回收专家的问卷，并对太阳能电池新技术的打分结果按照层次分析模型的评价方法进行计算，从而得到每个太阳能电池新技术的平均得分。

4、绘制技术路线图。该步骤的主要目的在于绘制技术路线图，连接技术路径，确定关键技术。该工作由研究者完成。而专家负责对技术路线图进行适当调整。根据太阳能电池技术对总目标的影响程度，并根据在太阳能电池技术档案中反映出来的该项技术可能实现的时间，可以得到太阳能电池技术路线图，如图2所示。关键技术就是每一条技术发展路径上对太阳能电池产业化贡献最大的新技术。太阳能电池产业化过程中的关键技术为：多晶硅薄膜技术、纳米晶TiO₂薄膜技术、染料敏化技术和CuGaS₂薄膜技术。

三、客观评价模型

1、确定期刊数据库。本文确定的文献数据库为科学引文索引(SCI)。在SCI检索相关文献时，为了排除不相干文献的干扰，本文使用引文法界定太阳能电池领域的重要文献。本文以期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》为母本，根据被引频次确定12种太阳能电池的期刊数据库。

2、词频分析。以“Solar Cell*”为主题词，从确定的12种期刊中下载2000年-2009年关于太阳能电池的技术文献共计10 791篇。将上述文献进行数据预处理后，形成的纯文本数据作为分析的源数据库。利用Bibexcel软件对源数据库进行关键词词频分析，得出20个技术关键词作为太阳能电池产业化过程中关键技术的技术库。

3、共词分析。由于关键词的词频分析只能分析专家对各种技术的关注程度。而无法得知太阳能电池各种技术之间的关系和技术结构。文献的共词分析方法很好的解决了这个问题。首先，对文献数据的关键词进行词频分析。其次，选取词频数大于2的221个关键词进行共词分析。再次，选取共词频数大于2的293个共词对，使用Pajek软件制作出具有133个节点的太阳能电池技术的知识图谱。最后，使用小群体分析和中心度分析对知识图谱进行修饰，如图3所示。

4、技术网络的中心性分析。在社会关系网络中，中心性是一个重要的个人结构位置指针。评价一个人重要与否，衡量个人地位的优越性和特权性等常用这一指标。使用Pajek软件进行中心度分析的目的是将133个太阳能电池技术按照技术之间的共现关系。绘制出它们之间的知识图谱，得出太阳能电池产业化过程中的关键技术。所以。基于文献计量分析得出的太阳能电池产业化过程中的关键技术是：多晶硅薄膜技术、纳米晶TiO₂技术、染料敏化技术、硅薄膜技术、CIS薄膜技术、CdTe薄膜技术和CIGS薄膜技术。

四、组合评价的具体步骤

把组合评价的思想应用于太阳能电池产业化过程中关键技术的研究，给准确找出关键技术这一难题提供了一种新的思路。在实际工作中。技术管理者经常面临不同的方法得出不同的多个结果如何取舍的问题，组合评价给技术管理者提供了一个新的决策思路。

1、评价结果的单位化。由于技术路线图法和文献计量法是两种截然不同的评价方法，这两种方法用来评价太阳能电池产业化过程中关键技术的问题，得到的关键技术的评价值是不能直接来比较和计算的。但是。可以根据每种评价方法得出的关键技术的评价值的相对数来进行比较和计算。因此，这就需要将两组评价值进行单位化。

2、简单平均权重的组合评价结果。作为思想上最简单的权重形式，简单平均权重在实际应用中发挥着重要的作用。简单平均权重的组合评价在绝大多数情况下能够体现组合评价的价值。而简单平均权重在应用上也是非常简便的，适用的条件也比较宽松。利用简单平均权重的组合评价法得出太阳能电池产业化过程中的关键技术是：纳米晶TiO₂薄膜技术、涂料敏化技术、纳米晶ZnO薄膜技术、多晶硅薄膜技术、非晶硅薄膜技术、铜铟硒薄膜技术、硅薄膜技术和CuGaS₂薄膜技术。

五、结论

综上所述。作为太阳能电池材料，III-V族化合物及CIS等由稀有元素所制备。尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。因此，从转换效率和材料的来源角度来看，今后发展的重点是涂料敏化纳米晶TiO₂太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。