【文章內(nèi)容簡介】 、中國已成為光伏材料發(fā)展的新市場(chǎng)和新的制造國家。2009年，全球范圍內(nèi)存在著超過350家供應(yīng)光伏材料的公司，其中包括了像AGE Solar、Bridgestone和Isovolate AG等跨國公司，也包括了許多的地區(qū)性公司。行業(yè)內(nèi)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合和兼并、收購等現(xiàn)象也層出不窮。多晶硅是光伏太陽能電池的主要組成組分。根據(jù)有關(guān)分析數(shù)據(jù)表明，近5年多晶硅已出現(xiàn)高的增長率，并且將呈現(xiàn)繼續(xù)增長的重要潛力。PHOTON咨詢公司指出，太陽能市場(chǎng)以十分強(qiáng)勁的態(tài)勢(shì)增長，并將持續(xù)保持，2005~2010年的年均增長率超過50%，但是多晶硅供應(yīng)商的市場(chǎng)機(jī)遇受到價(jià)格、供應(yīng)和需求巨大變化的影響。后危機(jī)時(shí)代太陽能模塊設(shè)施增長的強(qiáng)勁復(fù)蘇致使多晶硅市場(chǎng)吃緊。2010年8月，韓國OCI公司與韓國經(jīng)濟(jì)發(fā)展集團(tuán)簽約備忘錄，將共同投資84億美元（包括其他事項(xiàng)），將在韓國郡山新增能力，這將使OCI公司總的多晶硅制造能力翻二番以上。Hemlock公司正在美國田納西州Clarksville建設(shè)投資為12億美元的多晶硅制造廠，而瓦克化學(xué)公司正在德國N252。nchritz建設(shè)投資為8億歐元（10億美元）的太陽能級(jí)多晶硅制造裝置。按照PHOTON咨詢公司的2010年太陽能市場(chǎng)報(bào)告，在現(xiàn)行政策和經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，預(yù)計(jì)多晶硅供應(yīng)在2010~2014年的年均增長率為16%，將達(dá)到2014年29萬噸/年。能力增長主要受到主要生產(chǎn)商的擴(kuò)能所驅(qū)動(dòng)，這些生產(chǎn)商包括美國Hemlock半導(dǎo)體公司、OCI公司和瓦克化學(xué)公司。分析指出，光伏部門受刺激政策的拉動(dòng)，正在擴(kuò)能之中，預(yù)計(jì)多晶硅供應(yīng)的年均增長率可望達(dá)43%，將使其能力達(dá)到2014年近50萬噸。目前正在研究的或已經(jīng)應(yīng)該到工業(yè)中的光伏材料的制備： ： 所用溶劑采用通常的方法純化和干燥．２－溴噻吩，３，４－二溴噻吩和金屬鎂片為 Alfa Aesar公司產(chǎn)品． 鎳催化劑，Ｎ－氯磺酰異氰酸酯和苝四甲酸二酐(Ｐ ＴＣＤＡ)均為 Aldrich公司產(chǎn)品，直接使用．２，２′：５′，２″ －三噻吩（３ Ｔ），２，２ ′：５′，２″：５″，２″′ －四噻吩（４ Ｔ）和２，３，４，５ －四噻吩基噻吩 ＸＴ 為自行合成 ． 測(cè)定紫外光譜的測(cè)定采用美國熱電公司的 Helios －γ型光譜儀．設(shè)計(jì)、合成了新型齊聚噻吩衍生物 ３Ｔ－ＣＮ，３Ｔ－２ＣＮ，４Ｔ－ＣＮ，４Ｔ－２ＣＮ，ＸＴ 和 ＸＴ－２ＣＮ． 以３Ｔ－ＣＮ，３Ｔ－２ＣＮ，４Ｔ－ＣＮ，４Ｔ－２ＣＮ，ＸＴ 和 ＸＴ－２ ＣＮ 分別作為電子給體材料 Ｐ ＴＣＤＡ作為電子受體材料組裝了ｐ － ｎ異質(zhì)結(jié)有機(jī)光伏器件 對(duì)這些器件的光分別為 ％，２．２４％ ２．１０％ ２．７４％ ０．５８％和６５％ 如表１所示．伏性能進(jìn)行了研究． 研究發(fā)現(xiàn) 以３Ｔ－ＣＮ，３Ｔ－２ＣＮ，４Ｔ－ＣＮ，４Ｔ－２ＣＮ，ＸＴ和ＸＴ－２ＣＮ ％，％，％，％，％％．電子給體材料中－ＣＮ基團(tuán)的引入可以提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率． 三氯氫硅氫還原法亦稱西門子法,是德國Siemens公司于1954年發(fā)明的一項(xiàng)制備高純多晶硅技術(shù)。該技術(shù)采用高純?nèi)葰涔?SiHCl)作為原料,氫氣作為還原劑,采用西門子法或流化床的方式生長多晶硅。此法有以下3個(gè)關(guān)鍵工序。(1)硅粉與氯化氫在流化床上進(jìn)行反應(yīng)以形成SiHCl,反應(yīng)方程式為: Si+3HCl→SiHCl+H2(2)對(duì)SiHCl3進(jìn)行分餾提純,以獲得高純甚至109級(jí)(ppb)超純的狀態(tài):反應(yīng)中除了生成中間化合物SiHCl外,還有附加產(chǎn)物,如SiCl、SiH2Cl2和FeClBClPCl3等雜質(zhì),需要精餾提純。經(jīng)過粗餾和精餾兩道工藝,中間化合物SiHCl的雜質(zhì)含量710可以降到10～10數(shù)量級(jí)。(3)將高純SiHCl用H2通過化學(xué)氣相沉積(CVD)還原成高純多晶硅,反應(yīng)方程式為 :SiHCl+H2→Si+3HCl或2SiHCl→Si+2HCl+SiCl該工序是將置于反應(yīng)室的原始高純多晶硅細(xì)棒(直徑5mm～6mm,作為生長籽晶)通電加熱到1100℃以上,加入中間化合物SiHCl和高純H2,通過CVD技術(shù)在原始細(xì)棒上沉積形成直徑為150mm～200mm的多晶硅棒,從而制得電子級(jí)或太陽級(jí)多晶硅。 硅烷熱分解法1956年英國標(biāo)準(zhǔn)電訊實(shí)驗(yàn)所成功研發(fā)出了硅烷(SiH4)熱分解制備多晶硅的方法, 即通常所說的硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同樣成功地開發(fā)出了該方法。后來,美國聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide)采用歧化法制備SiH4,并綜合上述工藝加以改進(jìn),誕生了生產(chǎn)多晶硅的新硅烷法。這種方法是通過SiHCl4將冶金級(jí)硅轉(zhuǎn)化成硅烷氣的形式。制得的硅烷氣經(jīng)提純后在熱分解爐中分解,生成的高純多晶硅沉積在加熱到850℃以上的細(xì)小多晶硅棒上,采用該技術(shù)的有美國ASIMI和SGS(現(xiàn)為REC)公司。同樣,硅烷的最后分解也可以利用流化床技術(shù)得到顆粒狀高純多晶硅。目前采用此技術(shù)生產(chǎn)粒狀多晶硅的公司有:挪威的REC、德國的Wacker、美國的Hemlock和MEMC公司等。硅烷氣的制備方法多種多樣,如SiCl4 氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等,其主要優(yōu)點(diǎn)在于硅烷易于提純,熱分解溫度低等。雖然該法獲得的多晶硅純度高,但綜合生產(chǎn)成本較高,而且硅烷易燃易爆,生產(chǎn)操作時(shí)危險(xiǎn)性大。 物理提純法 長期以來,從冶金級(jí)硅提純制備出低成本太陽能級(jí)多晶硅已引起業(yè)內(nèi)人士的極大興趣,有關(guān)人員也進(jìn)行了大量的研究工作,即采用簡單廉價(jià)的冶金級(jí)硅提純過程以取代復(fù)雜昂貴的傳統(tǒng)西門子法。為達(dá)到此目的,常采用低成本高產(chǎn)率的物理提純 法(亦稱冶金法),具體方法是采用不同提純工藝的優(yōu)化組合對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行提煉進(jìn)而達(dá)到太陽能級(jí)硅的純度要求。其中每一種工藝都可以將冶金級(jí)硅中的雜質(zhì)含量降低1個(gè)數(shù)量級(jí)。晶硅太陽電池向高效化和薄膜化方向發(fā)展晶硅電池在過去20年里有了很大發(fā)展，許多新技術(shù)的采用和引入使太陽電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來改進(jìn)電池性能，如背表面場(chǎng)，淺結(jié)，絨面，氧化膜鈍化，Ti／Pd金屬化電極和減反射膜等。后來的高效電池是在這些早期實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)上的發(fā)展起來的。單晶硅高效電池單晶硅高效電池的典型代表是斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（PCC），新南威爾士大學(xué)（UNSW）的鈍化發(fā)射區(qū)電池（PESC，PERC，PERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場(chǎng)（LBSF）電池等。我國在“八五”和“九五”期間也進(jìn)行了高效電池研究，并取得了可喜結(jié)果。近年來硅電他的一個(gè)重要進(jìn)展來自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池（PESC）的薄氧化層（＜10nm）發(fā)展到PCC／PERC／PER1。電池的厚氧化層（110nm）。熱氧化鈍化表面技術(shù)已使表面態(tài)密度降到10卜cm2以下，表面復(fù)合速度降到100cm／s以下。此外，表面V型槽和倒金字塔技術(shù)，雙層減反射膜技術(shù)的提高和陷光理論的完善也進(jìn)一步減小了電池表面的反射和對(duì)紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。（1）新南威爾士大學(xué)高效電池（A）鈍化發(fā)射區(qū)電池（PESC）：PESC電池1985年問世，1986年V型槽技術(shù)又被應(yīng)用到該電池上，效率突破20％。V型槽對(duì)電他的貢獻(xiàn)是：減少電池表面反射；垂直光線在V型槽表面折射后以41”角進(jìn)入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結(jié)，提高了收集效率，對(duì)低壽命襯底尤為重要；V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低3倍。由于PESC電他的最佳發(fā)射極方塊電阻在150 Ω／口以上，降低發(fā)射極電阻可提高電池填充因子。在發(fā)射結(jié)磷擴(kuò)散后，?m厚的Al層沉積在電他背面，再熱生長10nm表面鈍化氧化層，并使背面Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復(fù)合速度，背面Al合金可吸除體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷，因此開路電壓得到提高。早期PESC電池采用淺結(jié)，然而后來的研究證明，淺結(jié)只是對(duì)沒有表面鈍化的電他有效，對(duì)有良好表面鈍化的電池是不必要的，而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強(qiáng)，因此最佳PEsC電他的發(fā)射結(jié)深增加到1181。m左右。值得注意的是，目前所有效率超過20％的電池都采用深結(jié)而不是淺結(jié)。淺結(jié)電池已成為歷史。PEsC電池的金屬化由剝離方法形成Tipd接觸，然后電鍍Ag構(gòu)成。這種金屬化有相當(dāng)大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大子83％的填充因子和20．8％（AM1．5）的效率。（B）鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池（PERC）：鋁背面吸雜是PEsC電池的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。然而由于背表面的高復(fù)合和低反射，它成了限制PESC電池技術(shù)進(jìn)一步提高的主要因素。PERC和PERL電池成功地解決了這個(gè)問題。它用背面點(diǎn)接觸來代替PEsC電他的整個(gè)背面鋁合金接觸，并用TCA（氯乙烷）生長的110nm厚的氧化層來鈍化電他的正表面和背表面。TCA氧化產(chǎn)生極低的界面態(tài)密度，同時(shí)還能排除金屬雜質(zhì)和減少表面層錯(cuò)，從而能保持襯底原有的少子壽命。由于襯底的高少子壽命和背面金屬接觸點(diǎn)處的高復(fù)合，背面接觸點(diǎn)設(shè)計(jì)成2mm的大間距和2001Lm的接觸孔徑。接觸點(diǎn)間距需大于少子擴(kuò)散長度以減小復(fù)合。這種電池達(dá)到了大約700mV的開路電壓和22．3％的效率。然而，由于接觸點(diǎn)間距太大，串聯(lián)電阻高，因此填充因子較低。（C）鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池（PERL）：在背面接觸點(diǎn)下增加一個(gè)濃硼擴(kuò)散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴(kuò)散層減小了有效表面復(fù)合，接觸點(diǎn)問距可以減小到250181。m、接觸孔徑減小到10181。m而不增加背表面的復(fù)合，從而大大減小了電他的串聯(lián)電阻。PERL電池達(dá)到了702mV的開路電壓和23．5％的效率。PERC和PER1。電池的另一個(gè)特點(diǎn)是其極好的陷光效應(yīng)。由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，對(duì)紅外的吸收系數(shù)很低，一部分紅外光可以穿透2電池而不被吸收。理想情況下入射光可以在襯底材料內(nèi)往返穿過4n次，n為硅的折射率。PER1。電池的背面，由鋁在SiO2上形成一個(gè)很好反射面，入射光在背表面上反射回正表面，由于正表面的倒金字塔結(jié)構(gòu)，這些反射光的一大部分又被反射回襯底，如此往返多次。Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的P。Basore博士發(fā)明了一種紅外分析的方法來測(cè)量陷光性能，測(cè)得PERL電池背面的反射率大于95％，陷光系數(shù)大于往返25次。因此PREL電他的紅外響應(yīng)極高，也特別適應(yīng)于對(duì)單色紅外光的吸收。在1．02181。m波長的單色光下，PER1。電他的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45．1％。這種電池AM0下效率也達(dá)到了20．8％。（D）埋柵電池：UNSW開發(fā)的激光刻槽埋柵電池，在發(fā)射結(jié)擴(kuò)散后，用激光在前面刻出20181。m寬、40181。m深的溝槽，將槽清洗后進(jìn)行濃磷擴(kuò)散。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。電極位于電池內(nèi)部，減少了柵線的遮蔽面積。電池背面與PESC相同，由于刻槽會(huì)引進(jìn)損傷，其性能略低于PESC電池。電他效率達(dá)到19．6％。（2）斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（PCC）點(diǎn)接觸電他的結(jié)構(gòu)與PER1。電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應(yīng)，金屬電極設(shè)計(jì)在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結(jié)構(gòu)。位于背面的發(fā)射區(qū)被設(shè)計(jì)成點(diǎn)狀，50181。m間距，10181。m擴(kuò)散區(qū)，5181。m接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。襯底采用n型低阻材料（取其表面及體內(nèi)復(fù)合均低的優(yōu)勢(shì)），襯底減薄到約100181。m，以進(jìn)一步減小體內(nèi)復(fù)合。這種電他的轉(zhuǎn)換效率在AM1．5下為22．3％。（3）德國Fraunhofer太陽能研究所的深結(jié)局部背場(chǎng)電池（LBSF）LBSF的結(jié)構(gòu)與PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。由于背面硼擴(kuò)散一般造成高表面復(fù)合，局部鋁擴(kuò)散被用來制作電池的表面接觸，2cmX2cm電池電池效率達(dá)到23．3％（Voc=700mV，Isc－～41．3mA，F(xiàn)F一0．806）。+（4）日本sHARP的C一Si／181。cSi異質(zhì)pp結(jié)高效電池SHARP公司能源轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)室的高效電池，前面采用絨面織構(gòu)化，在SiO2鈍化層上沉積SiN為A只乙后面用RFPECVD摻硼的181。c一Si薄膜作為背場(chǎng)，用SiN薄膜作為后表面的鈍化層，Al層通過SiN上的孔與181。cSi薄膜接觸。5cmX5cm電他在AM1．5條件下效率達(dá)到21．4％（Voc＝669mV，Isc＝，F(xiàn)F=0．79）。（5）我國單晶硅高效電池天津電源研究所在國家科委“八五”計(jì)劃支持下開展高效電池研究，其電池結(jié)構(gòu)類似UNSw的V型槽PEsC電池，電池效率達(dá)到20．4％。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，2cmX2cm電池效率達(dá)到了19．8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋柵電池效率達(dá)到了18．6％。二十一世紀(jì)光伏材料的發(fā)展趨勢(shì)和展望90年代以來，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，可再生能源技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。據(jù)專家預(yù)測(cè)，下世紀(jì)中葉太陽能和其它可再生能源能夠提供世界能耗的50％。光伏建筑將成為光伏應(yīng)用的最大市場(chǎng)太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結(jié)合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國際社會(huì)十分重視。國際能源組織（IEA）＋ 1991和1997相繼兩次起動(dòng)建筑光伏集成計(jì)劃，獲得很大成功，建筑光伏集成有許多優(yōu)點(diǎn)：①具有高技術(shù)、無污和自供電的特點(diǎn)，能夠強(qiáng)化建筑物的美感和建筑質(zhì)量；②光伏部件是建筑物總構(gòu)成的一部分，除了發(fā)電功能外，還是建筑物耐候的外部蒙皮，具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征；③分布型的太陽輻射和分布型的建筑物互相匹配；④建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積；⑤不需要額外的昂貴占地面積，省去了光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，省去了輸電費(fèi)用；③PV陣列可以代替常規(guī)建筑材料，從而節(jié)省安裝和材料費(fèi)用，例如昂貴的外墻包覆裝修成本有可能等于光伏組件的成本，如果安裝光伏系統(tǒng)被集成到建筑施工過程，安裝成本又可大大降低；①在用電地點(diǎn)發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5一10％），降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本，建筑光伏集成系統(tǒng)既適用于居民住宅，也適用商業(yè)、工業(yè)和公共建筑，高速公路音障等，既可集成到屋頂，也可集成到外墻上；既可集成到新設(shè)計(jì)的建筑上，也可集成到現(xiàn)有的建筑上。光伏建筑集成近年來發(fā)展很炔，許多國家相繼制定了本國的光伏屋頂計(jì)劃。建筑自身能耗占世界總能耗的1／3，是未來太陽能光伏發(fā)電的最大市場(chǎng)。光伏系統(tǒng)和建筑結(jié)合將根本改變太陽能光伏發(fā)電在世界能源中的從屬地位，前景光明。PV產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級(jí)規(guī)模和更高技術(shù)水平發(fā)展目前PV組件的生產(chǎn)規(guī)模在5