【正文】 1997年世界發(fā)電總裝機容量約2022GW，其中核電約 400GW，約占 20％，世界核電目前是收縮或維持，而我國屆時核能將發(fā)展到約 100GW，這就意味著世界光伏發(fā)電屆時將達到 500GW左右。 4．二十一世紀晶硅電池的發(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，可再生能源技術進入了快速發(fā)展的階段。光伏市場希望美國、德國、法國和意大利等市場能推動需求。意大利在 2022年也實現(xiàn)了增長，以 258MW的安裝量排名第五。但是該地區(qū)未來安裝量卻大大褪色，僅僅有 500MW。 ? 歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會（ EPIA）在 Frankfurt舉行的研討會上回顧了 2022年光伏產(chǎn)業(yè)的成長率，指出 2022年是杰出的一年。荷蘭政府向我國新疆自治區(qū)贈送近 10萬套戶用光伏電源系統(tǒng)，價值 1500萬美元。 到 1998年底，光伏發(fā)電系統(tǒng)總保有量約 12MW。 ? （ 2）技術水平較低 ? （ 3）專用原材料國產(chǎn)化程度不高 ? （ 4）成本高。 ? 預測到下世紀中葉，太陽能光伏發(fā)電將達到世界總發(fā)電量 15一 20％，成為人類的基礎能源之一。 5MW／ 年，比 1997年高出 2倍。 歐洲和日本也有類似的計劃。光伏發(fā)電累計總裝機容量達到 800MW。 ? 3． 2晶硅電池的產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展 ? 國際光伏工業(yè)在過去 15年的平均年增長率為 20％。絨面、背場和減反射涂層被普遍采用，細柵金屬化技術在不斷改進，單晶硅商業(yè)化電池效率在 13一 16％之間。此太陽級硅已進入每年生產(chǎn) 60噸的中試階段。 ? 一種目前制造太陽級硅的主要方法是使用精煉的冶金級硅，采用 電子束加熱真空抽除法 去除磷雜質(zhì)，然后凝固，再采用等離子體氧化法去除硼及碳，再凝固。我國復旦大學也曾對這種太陽電池工藝進行了探索性實驗，掌握了基本技術的要點。 （ 4）小硅球太陽電池 硅球的平均直徑為 12mm， 約有 2萬個小球鑲在 100cm2的鋁箔上以形成太陽電池，每個小球具有 p/n結(jié)，這么多的小球在鋁箔上形成并聯(lián)的結(jié)構(gòu)， 100cm2面積的電池效率可達到 10％。在電池制作中采用了 Al吸雜和低溫PECVDSi3N4， 鈍化技術，后者提供了體鈍化和發(fā)射區(qū)鈍化。在 80年代中期北京有色金屬研究院在國家自然科學基金支持下開展了用碳網(wǎng)作支持物，從橫向拉制硅帶的工作，并研制出了設備。 ? （ 2）枝蔓踐狀帶硅技術 在生長硅帶時兩條枝蔓晶直接從 坩堝 熔硅中長出，由于表面張力的作用，兩條枝晶的中間會同時長出一層如踐狀的薄片，所以稱為踐狀晶。 ?采用激光切割法將硅管切成10cmXl0cm方形硅片。 2． 2帶狀多晶硅制造技術 ? 為了減少切片損失，在過去幾十年里開發(fā)過很多種制造片狀硅或帶硅的技術。 （ 3）硅片加工技術 常規(guī)的硅片切割采用內(nèi)圓切片機，其刀損為 0． 3一 0． 35mm， 使晶體硅切割損失較大，且大硅片不易切得很薄。 我國在 80年代初就開始了多晶硅材料和太陽電池研究，進行鑄錠材料研究的有北京有色金屬研究總院、上海有色金屬研究所、復旦大學；其中上海有色所采用的是澆鑄法，北京有色院及復旦大學采用的是定向凝固法，并鑄出了 15kg重、220mmX220mmX140mm的硅錠。目前該工藝已鑄出截面為 220mmX220mm的長硅錠，鑄錠的材質(zhì)純度比常規(guī)硅錠高。由于硅錠整體質(zhì)量的提高，使硅錠的可利用率得到明顯提高。技術先進的公司生產(chǎn)的鑄錠多在55cmX55cm（ 錠重 150kJ左右，目前65cmX65cm（ 錠重 230kJ的方形硅錠也已被鑄出，鑄錠時間在 3一 43h范圍，切片前硅材料的實收率可達到 83． 8％。此外，熔化硅幾乎能與所有材料起化學反應，因而 坩堝 對硅料的污染必須控制在太陽級硅所允許的限度以內(nèi)。 定向凝固法中有一種稱為熱交換法（ HEM）， 在 坩堝 底部通入氣體冷源來形成溫度梯度。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出多線切割法，可以切出很薄（～ 100Pm） 的硅片，切割損失小（～ 30％），硅片表面切割損傷輕，有利于提高電池效率，切割成本低。 拉制單晶有 CZ法（ 坩堝 拉制）和區(qū)熔法兩種。 由于 SiHC13在 30℃ 以下是液體，因此很容易與氫氣分離。目前全世界冶金級硅的產(chǎn)量約為 50萬噸／年。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成?；瘜W提純是將純度較高的冶金級硅（ 99％）加工成細顆粒后，使用鹽酸、王水、氫氟酸等進行酸洗革取，可將含鐵量降到200ppm量級，然后再進行二次定向凝固（早期使用二次直拉），將含鐵量降到0． 3ppm量級，但其純度及成本均未能達到要求。 2太陽電池用晶硅材料 ? 2． 1現(xiàn)用太陽電池硅材料 ? 目前全世界光伏工業(yè)晶體硅太陽電池所用的晶錠的投爐料，都采用半導體工業(yè)的次品硅及其單晶硅的頭尾料，其總量約占半導體工業(yè)生產(chǎn)硅料的 1／ 10，約為 1000～1200噸／年。 （ 2）多層多晶硅薄膜電池 ? UNSW1994年提出一種多層多晶硅薄膜電池的概念和技術， 1994年與 Pacific Power公司合作成立 Kcific solar公司開發(fā)這種電池。 （ 1） CVD多晶硅薄膜電池 ? 各種 CVD（ PECVD等離子體， RTCVD快速熱， Hot一 wire CVD等）技術被用來生長多晶硅薄膜，在實驗室內(nèi)有些技術獲得了重要的結(jié)果。 ? CdTe電池性能穩(wěn)定，但由于資源有限和 Cd毒性大，近 10年來市場份額一直維持在：13％左右； ? C1S電池的實驗室效率不斷攀升：最近達到18％，但由于中試產(chǎn)品的重復性和一致性沒有根本解決，產(chǎn)業(yè)化進程一再推后，至今仍停留在實驗室和中試階段； ? 與此同時，晶體硅電池效率不斷提高，技術不斷改進，加上晶硅穩(wěn)定，無毒，材料資源豐富，人們開始考慮開發(fā)多晶硅薄膜電池。我國中試生產(chǎn)的 10cmX10cm多晶硅太陽電池的效率為 10一 11％，最高效率為 12％。目前日本正計劃實現(xiàn)這種電池的產(chǎn)業(yè)化。 ? （ 3） Kysera電池 ? 日本 kysera公司在多晶硅高效電池上采用體鈍化和表面鈍化技術， PECVDSiN膜既作為減反射膜，又作為體鈍化措施，表面織構(gòu)化采用反應性粒子刻邊技術。 1cm2電池的效率達到18． 6％。 ? 由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅材料，因此多晶硅組件比單晶硅組件具有更大的降低成本的潛力，因而提高多晶硅電池效率的研究工作也受到普遍重視。 ? 在高效太陽電池上常采用表面氧鈍化的技術來提高太陽電池的效率，近年來在晶體硅材料上使用也有明顯的效果，尤其采用熱氧化法效果更明顯。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。研究證明，在多晶硅太陽電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對碳含量高的材料就顯不出磷吸雜的作用。 晶界及雜質(zhì)影響可通過電池的工藝改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。5cmX5cm電池效率達到 21． 4％（ Voc＝669mV， Isc＝ ， FF=0． 79）。 （ 4）日本 SHARP的 C一 Si／ 181。m， 以進一步減小體內(nèi)復合。m間距， 10181。 （ 2）斯坦福大學的背面點接觸電池（ PCC） ? 點接觸電池的結(jié)構(gòu)與 PER1電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。 PERL電池達到了 702mV的開路電壓和 23． 5％的效率。 ? （ 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。 FF=(Im Vm)/(Isc Voc) ? 其中： Isc— 短路電流， Voc— 開路電壓， Im— 最佳工作電流， Vm— 最佳工作電壓； ? （ B） 鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池（ PERC）： 鋁背面吸雜是 PESC電池的一個關鍵技術。淺結(jié)電池已成為歷史。 ? 在發(fā)射結(jié)磷擴散后的 Al層沉積在電池背面，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。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。近年來硅電池的一個重要進展來自于表面鈍化技術的提高。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。 ? （ 6） MINP電池 —— 可以把這種電池看作是 M1S電池和 p一 n結(jié)的結(jié)合，其中氧化層對表面和晶界復合起抑制作用。m的 SiO2膜，在膜上真空蒸發(fā)金屬柵線，整個表面再沉積 SiN薄膜。目前因效率不高等問題研究者已不多，但 SnO In2O（ 1n2O3＋ SnO2） 是許多薄膜電池的重要構(gòu)成部分，作收集電流和窗口材料用。 ? （ 3） 表面織構(gòu)化電池 —— 也稱絨面電池，最早（ 1974）也是為通訊衛(wèi)星開發(fā)的。 ? （ 2） 紫光電池 一一這種電池最早（ 1972）是為通信衛(wèi)星開發(fā)的。 ? 以材料區(qū)分，有晶硅電池，非晶硅薄膜電池，銅銦硒（ CIS） 電池，碲化鎘（ CdTe） 電池，砷化稼電池等，而以晶硅電池為主導，由于硅是地球上儲量第二大元素(%)，作為半導體材料，人們對它研究得最多、技術最成熟，而且晶硅性能穩(wěn)定、無毒，因此成為太陽電池研究開發(fā)、生產(chǎn)和應用中的主體材料。 ? 80年代初，硅太陽電池進入快速發(fā)展的第三個時期。在隨后 10多年里，硅太陽電池在空間應用不斷擴大，工藝不斷改進，電池設計逐步定型。 1876年，在固態(tài)硒（ Se） 的系統(tǒng)中也觀察到了光伏效應，隨后開發(fā)出 Se／ CuO光電池。 ? 另外，尋找適合鑄造多晶硅表面織構(gòu)化的濕化學腐蝕方法也是目前低成本制備高效率電池的重要工藝。 ? 單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高； ? 非晶硅太陽電池則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉(zhuǎn)換效率較低，而且效率衰減得比較厲害； ? 鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩(wěn)定 的轉(zhuǎn)換效率，而且性能價格比最高； ? 薄膜晶體硅太陽能電池則現(xiàn)在還只能處在研發(fā)階段。當 N型和 P型兩種不同型號的半導體材料接觸后，由于擴散和漂移作用，在界面處形成由 P型指向 N型的內(nèi)建電場。 ? 所以在發(fā)達國家得到了高度重視，歐洲聯(lián)盟國家計劃在2022年太陽能光電轉(zhuǎn)換的電力占所有總電力的 ％，美國啟動了“百萬屋頂”計劃。 ? 當前，太陽能電池的開發(fā)應用已逐步走向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化； ? 小功率小面積的太陽能電池在一些國家已大批量生產(chǎn)，并得到廣泛應用； ? 同時人們正在開發(fā)光電轉(zhuǎn)換率高、成本低的太陽能電池； ? 可以預見，太陽能電池很有可能成為替代煤和石油的重要能源之一，在人們的生產(chǎn)、生活中占有越來越重要的位置。 ? 在生產(chǎn)和生活中，太陽能電池已在一些國家得到了廣泛應用，在遠離輸電線路的地方，使用太陽能電池給電器供電是節(jié)約能源降低成本的好辦法。 1985年，美國阿爾康公司研制的太陽能電池發(fā)電站，用 108個太陽板， 256個光電池模塊，年發(fā)電能力 300萬度。 ? 從 1974年世界上第一架太陽能電池飛機在美國首次試飛成功以來，激起人們對太陽能飛機研究的熱潮，太陽能飛機從此飛速地發(fā)展起來，只用了六七年時間太陽能飛機從飛行幾分鐘，航程幾公里發(fā)展到飛越英吉利海峽。 ?