基于組合評價的太陽能電池產業化過程中關鍵技術的研究

黃魯成　李　劍

摘要：關鍵技術的研究對于太陽能電池產業化能否成功起著至關重要的作用。文章在梳理技術評價研究方法的基礎上，構建了主客觀相結合的組合評價模型來確定太陽能電池產業化過程中的關鍵技術。基于技術路線圖的主觀評價模型考慮了關鍵技術可能出現的時間，提高了評價結果的科學性。基于文獻計量的客觀評價模型引用了大量的期刊文獻數據，提高了評價結果的客觀性。組合評價模型將主客觀評價的結果進行了組合，降低了評價結果表現最差的情形發生的概率，

關鍵詞：太陽能電池產業化；關鍵技術；技術路線圖；文獻計量分析；組合評價

太陽能電池產業化過程中的關鍵技術是指能使太陽能電池產業化生產的各個系統(材料系統、經濟系統、動力系統和生產控制系統等)得到整體優化。并使太陽能電池在較低成本條件下實現其最大產品功能的技術。太陽能電池的產業化需要企業和政府管理部門投入大量的資金和人員。如果不在太陽能電池產業化前找到關鍵技術，就會使產業化的過程困難重重。給企業和政府帶來巨大的經濟損失。

一、研究現狀與新思考

從文獻的查閱來看，以德爾菲問卷調查法為數據來源的太陽能電池產業化過程中關鍵技術的評價方法最為豐富和成熟。在這個研究領域具有代表性的專家是東南大學王碩，他提出一組包含專家自身權重的定量與定性相結合的關鍵技術評價模型，為研究關鍵技術提供理論和方法論依據。文獻數據是一種客觀數據，通過對這些客觀數據的研究，能夠得出一項技術在太陽能電池產業化過程中的關鍵程度。波蘭國立大學的Tugrul U.Daim教授使用文獻和專利計量法獲得數據，并將數據輸入情景規劃、成長曲線和類推法的預測模型中。分析了燃料電池、食品安全和光電通訊三個行業產業化過程中的關鍵技術。

從國內外的研究文獻來看，關于太陽能電池產業化過程中關鍵技術評價的研究成果存在三個突出的問題。(1)以文獻計量作為數據源的客觀評價模型只考慮了詞頻分析，而沒有從共詞分析的角度研究技術之間的關系。(2)在關鍵技術評價的定性研究方法中，與德爾菲法相結合的定性分析受調查問卷設計和專家組的影響很大。(3)單一模型的預測評價風險大。

綜上所述，在總結技術評價方法的前提下。論文構建了一個將技術路線圖法和文獻計量法研究結果相組合的技術評價模型，如圖1所示。

二、主觀評價模型

本節引用技術路線圖的理論和方法，研究如何設計繪制太陽能電池產業化過程中的技術路線圖，找到影響太陽能電池產業化過程中的關鍵技術。技術路線圖的研究方法可以依靠專家知識對新技術進行評價，從眾多的技術中找到影響太陽能電池產業化的關鍵技術，設計出太陽能電池的產業化道路。

1、技術預測。該步驟的目的在于確定太陽能電池產業化過程中需要解決哪些新技術以及能夠解決的時間。首先。以太陽能電池為關鍵詞在美國科學情報研究所創建的科學引文索引數據庫中檢索出有關文獻，然后使用bibexcel軟件提取出所有文獻的關鍵詞，然后進行詞頻分析找出頻次高的技術作為太陽能電池產業化過程中需要解決的新技術。其次，專家對前面找出的新技術進行篩選和補充，刪除與太陽能電池無關的技術和補充進文獻中沒有提到的相關新技術，最后，專家確定新技術可能被攻克的時間順序。

2、層次分析模型。該步驟的目的是建立太陽能電池產業化過程中關鍵技術評價的層次分析模型。該模型的技術指標體系包括：技術指標和指標下的技術影響因素。以及技術指標間和技術影響因素問的權重。專家參與確立指標與分配權重的工作。該步驟分兩步來完成。第一步：專家根據太陽能電池的介紹和技術檔案，確定太陽能電池產業化的技術指標和技術指標下的技術影響因素。第二步：專家根據第一步列出的技術指標和技術影響因素，確定它們之間彼此的權重。

3、新技術的專家評價。該步驟的主要目的在于根據已經構建的層次分析模型對列出的新技術進行評價。第一組專家根據自己對每一項新技術的理解對其進行打分，分值從0分～10分，10分代表此項技術在該技術影響因素上表現出卓越的性能，0分則相反。而后回收專家的問卷，并對太陽能電池新技術的打分結果按照層次分析模型的評價方法進行計算，從而得到每個太陽能電池新技術的平均得分。

4、繪制技術路線圖。該步驟的主要目的在于繪制技術路線圖，連接技術路徑，確定關鍵技術。該工作由研究者完成。而專家負責對技術路線圖進行適當調整。根據太陽能電池技術對總目標的影響程度，并根據在太陽能電池技術檔案中反映出來的該項技術可能實現的時間，可以得到太陽能電池技術路線圖，如圖2所示。關鍵技術就是每一條技術發展路徑上對太陽能電池產業化貢獻最大的新技術。太陽能電池產業化過程中的關鍵技術為：多晶硅薄膜技術、納米晶TiO₂薄膜技術、染料敏化技術和CuGaS₂薄膜技術。

三、客觀評價模型

1、確定期刊數據庫。本文確定的文獻數據庫為科學引文索引(SCI)。在SCI檢索相關文獻時，為了排除不相干文獻的干擾，本文使用引文法界定太陽能電池領域的重要文獻。本文以期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》為母本，根據被引頻次確定12種太陽能電池的期刊數據庫。

2、詞頻分析。以“Solar Cell*”為主題詞，從確定的12種期刊中下載2000年-2009年關于太陽能電池的技術文獻共計10 791篇。將上述文獻進行數據預處理后，形成的純文本數據作為分析的源數據庫。利用Bibexcel軟件對源數據庫進行關鍵詞詞頻分析，得出20個技術關鍵詞作為太陽能電池產業化過程中關鍵技術的技術庫。

3、共詞分析。由于關鍵詞的詞頻分析只能分析專家對各種技術的關注程度。而無法得知太陽能電池各種技術之間的關系和技術結構。文獻的共詞分析方法很好的解決了這個問題。首先，對文獻數據的關鍵詞進行詞頻分析。其次，選取詞頻數大于2的221個關鍵詞進行共詞分析。再次，選取共詞頻數大于2的293個共詞對，使用Pajek軟件制作出具有133個節點的太陽能電池技術的知識圖譜。最后，使用小群體分析和中心度分析對知識圖譜進行修飾，如圖3所示。

4、技術網絡的中心性分析。在社會關系網絡中，中心性是一個重要的個人結構位置指針。評價一個人重要與否，衡量個人地位的優越性和特權性等常用這一指標。使用Pajek軟件進行中心度分析的目的是將133個太陽能電池技術按照技術之間的共現關系。繪制出它們之間的知識圖譜，得出太陽能電池產業化過程中的關鍵技術。所以。基于文獻計量分析得出的太陽能電池產業化過程中的關鍵技術是：多晶硅薄膜技術、納米晶TiO₂技術、染料敏化技術、硅薄膜技術、CIS薄膜技術、CdTe薄膜技術和CIGS薄膜技術。

四、組合評價的具體步驟

把組合評價的思想應用于太陽能電池產業化過程中關鍵技術的研究，給準確找出關鍵技術這一難題提供了一種新的思路。在實際工作中。技術管理者經常面臨不同的方法得出不同的多個結果如何取舍的問題，組合評價給技術管理者提供了一個新的決策思路。

1、評價結果的單位化。由于技術路線圖法和文獻計量法是兩種截然不同的評價方法，這兩種方法用來評價太陽能電池產業化過程中關鍵技術的問題，得到的關鍵技術的評價值是不能直接來比較和計算的。但是。可以根據每種評價方法得出的關鍵技術的評價值的相對數來進行比較和計算。因此，這就需要將兩組評價值進行單位化。

2、簡單平均權重的組合評價結果。作為思想上最簡單的權重形式，簡單平均權重在實際應用中發揮著重要的作用。簡單平均權重的組合評價在絕大多數情況下能夠體現組合評價的價值。而簡單平均權重在應用上也是非常簡便的，適用的條件也比較寬松。利用簡單平均權重的組合評價法得出太陽能電池產業化過程中的關鍵技術是：納米晶TiO₂薄膜技術、涂料敏化技術、納米晶ZnO薄膜技術、多晶硅薄膜技術、非晶硅薄膜技術、銅銦硒薄膜技術、硅薄膜技術和CuGaS₂薄膜技術。

五、結論

綜上所述。作為太陽能電池材料，III-V族化合物及CIS等由稀有元素所制備。盡管以它們制成的太陽能電池轉換效率很高，但從材料來源看，這類太陽能電池將來不可能占據主導地位。因此，從轉換效率和材料的來源角度來看，今后發展的重點是涂料敏化納米晶TiO₂太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。