【文章內(nèi)容簡介】 、中國已成為光伏材料發(fā)展的新市場和新的制造國家。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)的強強聯(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，太陽能市場以十分強勁的態(tài)勢增長，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)商的市場機遇受到價格、供應(yīng)和需求巨大變化的影響。后危機時代太陽能模塊設(shè)施增長的強勁復(fù)蘇致使多晶硅市場吃緊。2010年8月，韓國OCI公司與韓國經(jīng)濟發(fā)展集團簽約備忘錄，將共同投資84億美元（包括其他事項），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）的太陽能級多晶硅制造裝置。按照PHOTON咨詢公司的2010年太陽能市場報告，在現(xiàn)行政策和經(jīng)濟環(huán)境下，預(yù)計多晶硅供應(yīng)在2010~2014年的年均增長率為16%，將達到2014年29萬噸/年。能力增長主要受到主要生產(chǎn)商的擴能所驅(qū)動，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，正在擴能之中，預(yù)計多晶硅供應(yīng)的年均增長率可望達43%，將使其能力達到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 ． 測定紫外光譜的測定采用美國熱電公司的 Helios －γ型光譜儀．設(shè)計、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)有機光伏器件 對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個關(guān)鍵工序。(1)硅粉與氯化氫在流化床上進行反應(yīng)以形成SiHCl,反應(yīng)方程式為: Si+3HCl→SiHCl+H2(2)對SiHCl3進行分餾提純,以獲得高純甚至109級(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。(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)在原始細棒上沉積形成直徑為150mm～200mm的多晶硅棒,從而制得電子級或太陽級多晶硅。 硅烷熱分解法1956年英國標(biāo)準(zhǔn)電訊實驗所成功研發(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,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)操作時危險性大。 物理提純法 長期以來,從冶金級硅提純制備出低成本太陽能級多晶硅已引起業(yè)內(nèi)人士的極大興趣,有關(guān)人員也進行了大量的研究工作,即采用簡單廉價的冶金級硅提純過程以取代復(fù)雜昂貴的傳統(tǒng)西門子法。為達到此目的,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)化組合對冶金級硅進行提煉進而達到太陽能級硅的純度要求。其中每一種工藝都可以將冶金級硅中的雜質(zhì)含量降低1個數(shù)量級。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)來改進電池性能，如背表面場，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驗和理論基礎(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（LBSF）電池等。我國在“八五”和“九五”期間也進行了高效電池研究，并取得了可喜結(jié)果。近年來硅電他的一個重要進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一步減小了電池表面的反射和對紅外光的吸收。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型槽對電他的貢獻是：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)只是對沒有表面鈍化的電他有效，對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，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)進一步提高的主要因素。PERC和PERL電池成功地解決了這個問題。它用背面點接觸來代替PEsC電他的整個背面鋁合金接觸，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，同時還能排除金屬雜質(zhì)和減少表面層錯，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處的高復(fù)合，背面接觸點設(shè)計成2mm的大間距和2001Lm的接觸孔徑。接觸點間距需大于少子擴散長度以減小復(fù)合。這種電池達到了大約700mV的開路電壓和22．3％的效率。然而，由于接觸點間距太大，串聯(lián)電阻高，因此填充因子較低。（C）鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴散電池（PERL）：在背面接觸點下增加一個濃硼擴散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴散層減小了有效表面復(fù)合，接觸點問距可以減小到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電池達到了702mV的開路電壓和23．5％的效率。PERC和PER1。電池的另一個特點是其極好的陷光效應(yīng)。由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，對紅外的吸收系數(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國家實驗室的P。Basore博士發(fā)明了一種紅外分析的方法來測量陷光性能，測得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)換效率達到45．1％。這種電池AM0下效率也達到了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，將槽清洗后進行濃磷擴散。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，由于刻槽會引進損傷，其性能略低于PESC電池。電他效率達到19．6％。（2）斯但福大學(xué)的背面點接觸電池（PCC）點接觸電他的結(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)計成點狀，50181。m間距，10181。m擴散區(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），襯底減薄到約100181。m，以進一步減小體內(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)。由于背面硼擴散一般造成高表面復(fù)合，局部鋁擴散被用來制作電池的表面接觸，2cmX2cm電池電池效率達到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)換實驗室的高效電池，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，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電池效率達到了19．8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋柵電池效率達到了18．6％。二十一世紀光伏材料的發(fā)展趨勢和展望90年代以來，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動下，可再生能源技術(shù)進入了快速發(fā)展的階段。據(jù)專家預(yù)測，下世紀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，國際社會十分重視。國際能源組織（IEA）＋ 1991和1997相繼兩次起動建筑光伏集成計劃，獲得很大成功，建筑光伏集成有許多優(yōu)點：①具有高技術(shù)、無污和自供電的特點，能夠強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。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