太陽球

上世紀(jì)90年代以來，在能源危機(jī)和全球氣候變暖的壓力下，隨著各國對(duì)太陽能電池研究的不斷重視，科研和產(chǎn)業(yè)投入不斷增加，取得了一系列的科研成果，太陽能電池效率的紀(jì)錄不斷被刷新，奠定了規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。全球的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)就此以一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè)的面貌高速成長。

目前太陽能利用技術(shù)主要有太陽能熱電技術(shù)、太陽能熱水技術(shù)、太陽能光伏技術(shù)三大技術(shù)。它們是太陽能的不同利用方式。太陽能熱水技術(shù)通常利用太陽熱能為家庭及建筑提供熱水，使用方便、成本低，但能量利用形式單一，也不能傳輸。目前我國太陽能熱水器的應(yīng)用規(guī)模已居世界首位。太陽能熱電技術(shù)是將太陽能聚集起來，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)電能，如塔式發(fā)電、碟式發(fā)電等。太陽能熱電目前尚處于商業(yè)化前夕，而且投入成本太大。

太陽能光伏技術(shù)利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理，是近年來發(fā)展最快、最有活力的可再生能源利用技術(shù)。目前全球主要國家都把發(fā)展光伏發(fā)電作為利用太陽能的主要形式。隨著太陽能電池成本的降低和轉(zhuǎn)換效率的提高，它作為太陽能利用的主要形式的趨勢將越來越明顯。

太陽能產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)“淘金熱”

回顧太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，在2000年以前可認(rèn)為是“早期開發(fā)”階段，當(dāng)時(shí)雖有多家廠商投入，但因?yàn)榧夹g(shù)開發(fā)和商業(yè)環(huán)境還不成熟，僅有少數(shù)公司能夠維持。而從2000年到2005年間，是“初期獲利”階段，一些公司能夠幸存并開始獲利。隨著能源問題的升溫，現(xiàn)在的太陽能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了“淘金熱”階段，許多企業(yè)開始積極投入。

目前，太陽能電池主流產(chǎn)品仍然是晶硅太陽能電池，其研究開發(fā)的重點(diǎn)圍繞降低能耗、降低每瓦生產(chǎn)成本、提高轉(zhuǎn)換效率等方面，以進(jìn)一步推進(jìn)太陽能發(fā)電大規(guī)模商用的進(jìn)程。

1.新一代多晶硅工藝技術(shù)研究空前活躍

降低成本和能耗除通過傳統(tǒng)工藝技術(shù)升級(jí)外，還涌現(xiàn)出了幾種專門生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅的新工藝技術(shù)，主要有：改良西門子法進(jìn)一步降低成本；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度SiO2直接制取法；熔融析出法；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術(shù)，Al－Si溶體低溫制備太陽能級(jí)硅；熔鹽電解法等。

2.繼續(xù)向高效化、薄型化和大面積方向前進(jìn)

A．轉(zhuǎn)換效率越來越高：14%→18%→20%；

B．硅片的面積越來越大： 從103mm×103mm→125mm×125mm→156mm×156mm（目前主流），未來兩年將達(dá)到210mm×210mm；

C．硅片越來越薄：300μm→270μm→210μm→180μm。100μm厚度的工藝正在研發(fā)。

3.生產(chǎn)設(shè)備由半自動(dòng)化向自動(dòng)化、智能化過渡

A．提高單機(jī)自動(dòng)化水平，增加批次裝片量，提高單機(jī)生產(chǎn)效率；

B．生產(chǎn)線設(shè)備間自動(dòng)傳送、在線檢測，提高整線生產(chǎn)率。

未來5年的主力

為了適應(yīng)太陽能電池高效率、低成本、大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的需要，最有效的辦法是不采用晶硅體材料，而直接采用薄膜材料，即開發(fā)薄膜太陽能電池。20世紀(jì)70年代開始，國際上發(fā)展了許多類型的薄膜太陽電池，例如：CuInSe（CIS）、CdTe薄膜和有機(jī)薄膜等。

薄膜太陽能電池具有安全、可折疊、方便連接、輕巧、抗熱性能好、不易破損等特點(diǎn)。目前規(guī)模生產(chǎn)的薄膜非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)8% 左右，CIS 的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)10%～11%，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率超過20%。

目前，世界上至少有40個(gè)國家正在開展低成本、大面積、高效率的薄膜太陽能電池的實(shí)用化技術(shù)研究。隨著技術(shù)的不斷成熟，薄膜太陽能電池必將超過晶硅太陽能電池。

圍繞降低生產(chǎn)成本、降低能耗，提高光電轉(zhuǎn)換效率、提高能源再生比例等問題，新型太陽能電池正不斷涌現(xiàn)。例如：量子點(diǎn)太陽能電池、量子阱太陽能電池、染料敏化電池、熱光伏電池及有機(jī)薄膜太陽能電池等。

中國太陽能電池技術(shù)仍存發(fā)展空間

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在太陽能電池硅材料生產(chǎn)、電池和組件生產(chǎn)、專用設(shè)備等方面取得很大進(jìn)步。多晶硅提煉技術(shù)取得很大進(jìn)步，單位能耗得到降低，晶硅太陽能電池制作技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

國產(chǎn)的晶硅太陽能電池及組件生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備取得很大進(jìn)步，如8英寸擴(kuò)散爐、等離子刻蝕機(jī)、低溫烘干爐、高溫?zé)Y(jié)爐，清洗機(jī)、層壓機(jī)等相繼在國內(nèi)生產(chǎn)線上替代進(jìn)口設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。在973、863等高科技計(jì)劃的支持下，我國在碲化鎘和銅銦硒薄膜電池、敏化太陽能薄膜電池、多晶硅薄膜電池以及應(yīng)用系統(tǒng)方面取得了很大的科研進(jìn)展。

我國薄膜電池產(chǎn)業(yè)化步伐也在加快。無錫尚德在上海成立薄膜太陽能研發(fā)中心，預(yù)計(jì)2009年產(chǎn)能可達(dá)50MW；河北新奧引進(jìn)全球領(lǐng)先水平的Sunfab薄膜太陽能電池全套自動(dòng)化生產(chǎn)線；保定天威與設(shè)備廠商Oerlikon簽訂購買薄膜太陽能模塊生產(chǎn)線設(shè)備合約；南開大學(xué)正在福建泉州合作開發(fā)非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

盡管我國太陽能電池技術(shù)取得了較大進(jìn)展，然而與國際先進(jìn)技術(shù)相比，仍有很大差距，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

1.多晶硅提煉技術(shù)與先進(jìn)水平有很大差距

多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長期以來掌握在美、日、德等國家中，形成了對(duì)我國的技術(shù)封鎖、市場壟斷的局面。目前國際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子工藝生產(chǎn)的多晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的80%，短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷封鎖的局面不會(huì)改變。與國際先進(jìn)水平的差距主要體現(xiàn)為能耗高、純度低、原材料利用率低等。

2.薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用技術(shù)有很大差距

與國外先進(jìn)技術(shù)相比，我們目前存在的主要問題是：對(duì)薄膜電池技術(shù)研發(fā)投入不足，對(duì)其發(fā)展前景認(rèn)識(shí)不足，缺乏自主技術(shù)創(chuàng)新，特別是規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。與國外相比，產(chǎn)業(yè)發(fā)展遲緩。目前，國外多家公司已經(jīng)開始規(guī)模生產(chǎn)薄膜太陽能電池，而國內(nèi)只有尚德、保定天威等少數(shù)企業(yè)開始產(chǎn)業(yè)布局。

3.晶硅電池高端設(shè)備和薄膜電池制造設(shè)備有很大差距

美國、歐洲、日本等國先進(jìn)設(shè)備的特征為產(chǎn)能高、自動(dòng)化程度高。同這些設(shè)備相比，國內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)化程度不高。高端設(shè)備如晶硅電池全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)和自動(dòng)測試分撿機(jī)等依賴進(jìn)口。薄膜太陽能電池設(shè)備還沒有起步。

鏈接：太陽能電池的三大類別

按照技術(shù)開發(fā)成熟度，太陽能電池可以分為三類：晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池、下一代新型太陽能電池。

1.晶硅太陽能電池

晶硅太陽能電池的制作工藝從成熟的微電子工藝轉(zhuǎn)化而來，具有硅材料、工藝與制造技術(shù)成熟，轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16%-17%，實(shí)驗(yàn)室的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)24.4%。規(guī)模生產(chǎn)的多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)14%～15%以上，實(shí)驗(yàn)室的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)16.6%。但同常規(guī)能源相比，它們存在成本大、制造能耗較高等問題。

2.薄膜太陽能電池

薄膜太陽能電池是在玻璃、不銹鋼、塑料基板上沉積幾微米厚的薄膜而構(gòu)成。其種類主要有薄膜非晶硅（α-Si）電池、碲化鎘（CdTe）電池、銅銦鎵硒（CIGS）電池、銅銦硒（CIS）電池、非晶硅及微晶硅疊層電池等種類。它們具有成本低、能耗低、單片電池面積大等優(yōu)點(diǎn)，便于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。目前薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率還低于晶硅太陽能電池。薄膜非晶硅太陽能電池存在光致衰退的問題，仍有待解決。

2.下一代新型太陽能電池

采用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝制造下一代新型太陽能電池目前正在研發(fā)中，主要有染料敏化太陽能電池、有機(jī)聚合物電池等。這些電池的開發(fā)主要圍繞兩大目標(biāo)：a.提高光電轉(zhuǎn)換效率；b.降低生產(chǎn)成本。

目前，晶硅電池是太陽能電池的主流產(chǎn)品，市場占有率為85%，2010 年后市場增長速度將減慢；薄膜電池是當(dāng)前技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)，市場占有率為10%，發(fā)展速度迅猛，到2013 年后將占市場主導(dǎo)地位；下一代新型太陽能電池技術(shù)正在加緊研發(fā)之中。

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