【正文】 國貝爾研究所首先應(yīng)用這個(gè)原理試制成功硅太陽電池，獲得6%光電轉(zhuǎn)換效率的成果。太陽能電池的出現(xiàn)，好比一道曙光，尤其是航天領(lǐng)域的科學(xué)家，對(duì)它更是注目。這是由于當(dāng)時(shí)宇宙空間技術(shù)的發(fā)展，人造地球衛(wèi)星上天，衛(wèi)星和宇宙飛船上的電子儀器和設(shè)備，需要足夠的持續(xù)不斷的電能，而且要求重量輕，壽命長，使用方便，能承受各種沖擊、振動(dòng)的影響。太陽能電池完全滿足這些要求，1958年，美國的“先鋒一號(hào)”人造衛(wèi)星就是用了太陽能電池作為電源，成為世界上第一個(gè)用太陽能供電的衛(wèi)星，空間電源的需求使太陽電池作為尖端技術(shù)，身價(jià)百倍。現(xiàn)在，各式各樣的衛(wèi)星和空間飛行器上都裝上了布滿太陽能電池的“翅膀”，使它們能夠在太空中長久遨游。我國1958年開始進(jìn)行太陽能電池的研制工作，并于1971年將研制的太陽能電池用在了發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上。以太陽能電池作為電源可以使衛(wèi)星安全工作達(dá)20年之久，而化學(xué)電池只能連續(xù)工作幾天。三、太陽能電池的工作原理太陽能電池是一種近年發(fā)展起來的新型的電池。太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，因此太陽能電池又稱為“光伏電池”，用于太陽能電池的半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，半導(dǎo)體硅原子的外層有4個(gè)電子，按固定軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)受到外來能量的作用時(shí)，這些電子就會(huì)脫離軌道而成為自由電子，并在原來的位置上留下一個(gè)“空穴”，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)體，通常用符號(hào)P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導(dǎo)體，以符號(hào)N代表。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合，交界面便形成一個(gè)P－N結(jié)。太陽能電池的奧妙就在這個(gè)“結(jié)”上，P－N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動(dòng)。當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時(shí)，電子接受光能，向N型區(qū)移動(dòng)，使N型區(qū)帶負(fù)電，同時(shí)空穴向P型區(qū)移動(dòng)，使P型區(qū)帶正電。這樣，在P－N結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動(dòng)勢，也就是通常所說的電壓。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏打效應(yīng)”。如果這時(shí)分別在P型層和N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。四、太陽能電池的制作過程石英砂提煉之后的高純多晶硅大部分成為半導(dǎo)體行業(yè)的原料，僅10%~15%進(jìn)入太陽能行業(yè)，太陽能用硅材料生產(chǎn)在整個(gè)硅料生產(chǎn)行業(yè)中只是個(gè)很小的分支。半導(dǎo)體硅、太陽能硅、單晶多晶以及工業(yè)硅等的關(guān)系參見下圖。石英砂經(jīng)過提純等各項(xiàng)反應(yīng)變成純度98%~%的工業(yè)硅（也稱金屬硅、冶金硅），大多數(shù)工業(yè)硅作為冶煉行業(yè)的脫氧劑以提高金屬的金相性能；另一部分通過相應(yīng)的工藝流程，變成高純多晶硅，純度為7N，這種多晶硅可以直接進(jìn)入PV制造流程；另外相當(dāng)部分多晶硅拉制為單晶，根據(jù)純度不同，大部分成為半導(dǎo)體行業(yè)的芯片，小部分進(jìn)入PV領(lǐng)域。在電子信息產(chǎn)業(yè)鏈中，硅材料是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)賴以生存的基礎(chǔ)材料。半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展是建立在占半導(dǎo)體材料95%的硅材料基礎(chǔ)上的。隨著近幾年中國電子信息產(chǎn)品制造大國地位的日益凸現(xiàn)，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)水漲船高，實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展。作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游的半導(dǎo)體硅材料行業(yè)（主要指多晶硅和單晶硅）在下游市場的驅(qū)動(dòng)下也取得了長足的進(jìn)步，然而國內(nèi)硅材料產(chǎn)業(yè)整體水平低下，難以滿足市場需求卻也是不爭的事實(shí)。%多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的原料。%，而中國信息產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模已居世界前列，因此所需多晶硅幾乎完全依賴進(jìn)口。先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)由美、日、德等國所壟斷，目前世界生產(chǎn)多晶硅最先進(jìn)的國家是美國、德國、日本和意大利等少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家，其產(chǎn)量的總和占世界多晶硅總產(chǎn)量的90%以上。目前國內(nèi)年需多晶硅1000余噸，而現(xiàn)有生產(chǎn)能力僅100噸左右，規(guī)模太小，工藝落后，市場缺口很大，每年都花去大量外匯從國外進(jìn)口。隨著中國成為世界上電子信息產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國和主要市場，多晶硅的需求量將進(jìn)一步增長，國家為此專門將多晶硅材料列入當(dāng)前重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展和重點(diǎn)鼓勵(lì)外商投資發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品，全力扶持硅材料工業(yè)發(fā)展。，%。中國多晶硅工業(yè)雖起步不晚，但發(fā)展緩慢。生產(chǎn)、技術(shù)、工藝落后，設(shè)備陳舊，生產(chǎn)規(guī)模小，物耗、能耗高，產(chǎn)品成本高，質(zhì)量難以保證，和國際水平相比差距較大，再加上生產(chǎn)的電耗與物耗普遍高于國際標(biāo)準(zhǔn)，這使得中國的多晶硅廠家喪失了國際競爭力。國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)廠家的數(shù)量不斷減少，現(xiàn)在國內(nèi)僅有四川峨嵋半導(dǎo)體材料廠、河南洛陽單晶硅廠兩家企業(yè)能夠生產(chǎn)多晶硅及直拉單晶硅和小直徑區(qū)熔單晶硅。2004年中國多晶硅的產(chǎn)量為105噸。中國多晶硅的生產(chǎn)方法，前幾年基本還是采用傳統(tǒng)的西門子法，最近采用中國自己改良的技術(shù)與引進(jìn)俄羅斯的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合。，引進(jìn)消化吸收俄羅斯多晶硅技術(shù)，建設(shè)年產(chǎn)1000噸多晶硅生產(chǎn)線以滿足市場需求。即便如此，中國多晶硅的生產(chǎn)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)的需求。隨著芯片產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，缺口將越來越大。為滿足國內(nèi)外多晶硅市場的要求，適應(yīng)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，引進(jìn)世界一流技術(shù)，發(fā)展中國多晶硅產(chǎn)業(yè)，已成為國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。 太陽能電池制作過程目前，全世界太陽電池的生產(chǎn)廠已不下幾百家，已有100萬套光伏系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)，累計(jì)安裝量已超過1300兆瓦，預(yù)計(jì)到2030年，光伏發(fā)電在世界的總發(fā)電量中將占到5～20%。光伏發(fā)電已經(jīng)在許多應(yīng)用領(lǐng)域都被證明在技術(shù)上是成熟的，在經(jīng)濟(jì)上是合算的。分析表明，在目前光伏電站有效系統(tǒng)功率與輸電距離的比值小于100瓦/公里時(shí)，建光伏電站較常規(guī)電網(wǎng)延伸供電經(jīng)濟(jì)。近年來，世界范圍的光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，平均年增長率高達(dá)30%以上。，%。2003年，日本并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的安裝量約200MWp，歐洲約140MWp（其中德國110MWp）、美國約63MWp。世界光伏電池/組件的產(chǎn)量主要集中在十大公司。 按技術(shù)劃分的世界太陽能電池比例第四章 多晶硅在光伏產(chǎn)業(yè)中的重要性在太陽能電池中，最重要的組成部分是半導(dǎo)體材料層，在這種材料層里能夠產(chǎn)生負(fù)載所需要的電流。太陽能電池的種類很多，其中包括單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、化合物半導(dǎo)體電池和疊層太陽能電池等。單晶硅太陽能電池在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%，而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池，其效率為15%。多晶硅太陽能電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢，與單晶硅比較，多晶硅半導(dǎo)體材料的價(jià)格比較低廉，但是由于它存在著較多的晶粒間界而有較多的弱點(diǎn)。多晶硅太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。非晶硅薄膜太陽能電池的研究工作開始于1975年。非晶硅（aSi）屬于直接轉(zhuǎn)換型半導(dǎo)體，光的吸收率較大，、面積大于1平方米的薄膜，并且易于與其他原子結(jié)合制造對(duì)近紅外光高吸收的非晶硅鍺（aSiGe）集層光電池，是目前太陽能電池開發(fā)的熱點(diǎn)之一，目前已經(jīng)開發(fā)出集層結(jié)成型、連續(xù)分離成型以及激光布線成型等多種新技術(shù)，其中，10cm%，1cm2aSi/%，達(dá)到了目前世界最先進(jìn)的水平。日本三洋電機(jī)公司開發(fā)的大面積aSi/aSiGe集層太陽能電池（30cm40cm），%。非晶硅薄膜太陽能電池組件的制造采用薄膜工藝，具有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如：沉積溫度低、襯底材料價(jià)格較低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積沉積。非晶硅的可見光吸收系數(shù)比單晶硅大，是單晶硅的40倍，1微米厚的非晶硅薄膜，可以吸引大約90%有用的太陽光能。不過，非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定性較差，從而影響了它的迅速發(fā)展。美國科學(xué)家對(duì)非晶硅太陽能電池進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)非晶硅薄膜材料受到長時(shí)間的光照之后，光電導(dǎo)和暗電導(dǎo)的性能均有所降低，進(jìn)行160℃以上的高溫退火之后，可以恢復(fù)到光照之前的值，這就是所謂SW效應(yīng)?？茖W(xué)家們已經(jīng)掌握了降低這種光誘導(dǎo)效應(yīng)的太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其制造方法。非晶硅和多晶硅混合薄膜太陽能電池也是一種極有發(fā)展前景的新產(chǎn)品。由于非晶硅和多晶硅對(duì)太陽光譜的敏感區(qū)域不同，將這兩種不同的材料用在同一塊基板上，能夠很好地取長補(bǔ)短，獲得與結(jié)晶相近的轉(zhuǎn)換率。由于這種產(chǎn)品屬于硅薄膜材料，能夠節(jié)省資源，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。，%、下層膜厚度為幾微米的超薄型薄膜太陽能電池?；衔锾柲茈姵匕ㄈ遄寤衔镫姵睾投寤衔镫姵?。三五族化合物電池主要有GaAs電池、InP電池、GaSb電池等；二六族化合物電池主要有CaS/CuInSe電池、CaS/CdTe電池等。在三五族化合物太陽能電池中，GaAs電池的轉(zhuǎn)換效率最高，可達(dá)28%；GaAs是二元化合物，Ga是其它產(chǎn)品的副產(chǎn)品，非常稀少珍貴；As不是稀有元素，有毒。GaAs化合物材料尤其適用于制造高效電池和多結(jié)電池，這是由于GaAs具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感。由于具有這些特點(diǎn)，所以GaAs化合物材料也適合于制造高效單結(jié)電池。GaAs化合物太陽能電池雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。為了解決這個(gè)問題，采用了聚光系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于采用價(jià)格較低的塑料透鏡和金屬外殼，并且改進(jìn)了電池性能，因而深受廣大用戶青睞。疊層太陽能電池由兩種或兩種以上不同帶隙的電池有機(jī)地疊加組合而成。一般而言，頂部電池的材料具有較寬的帶隙，適于吸收能量較大的太陽光能；而底部電池的材料帶隙較窄，適于吸收能量較小的太陽光能，因此，在單結(jié)的基礎(chǔ)上，疊層太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較高，例如GaAs疊層太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到35%。我國對(duì)太陽能電池的研究開發(fā)工作高度重視，早在七五期間，非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題；八五和九五期間，我國把研究開發(fā)的重點(diǎn)放在大面積太陽能電池等方面。 從石英砂到太陽能電池的工藝流程多晶硅太陽能電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢，與單晶硅比較，多晶硅半導(dǎo)體材料的價(jià)格比較低廉，但是由于它存在著較多的晶粒間界而有較多的弱點(diǎn)。多晶硅太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。非晶硅和多晶硅混合薄膜太陽能電池也是一種極有發(fā)展前景的新產(chǎn)品。由于非晶硅和多晶硅對(duì)太陽光譜的敏感區(qū)域不同，將這兩種不同的材料用在同一塊基板上，能夠很好地取長補(bǔ)短，獲得與結(jié)晶相近的轉(zhuǎn)換率。由于這種產(chǎn)品屬于硅薄膜材料，能夠節(jié)省資源，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。，%、下層膜厚度為幾微米的超薄型薄膜太陽能電池。第五章 發(fā)展我國多晶硅行業(yè)的緊迫性隨著集成電路制造與太陽能電池等產(chǎn)品對(duì)多晶硅需求的增長，我國多晶硅的自主供貨一直存在著嚴(yán)重的缺口，特別是近年來多晶硅市場售價(jià)的暴漲，已經(jīng)危及到我國多晶硅下游產(chǎn)業(yè)的正常運(yùn)營，并成為制約我國信息產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。 20022007年太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)全球產(chǎn)值數(shù)據(jù)來源：中國能源網(wǎng)由于油價(jià)高企，各國政府紛紛調(diào)整本國電源結(jié)構(gòu)，發(fā)展可再生能源。再加上京都議定書自2004年開始實(shí)施，CO2減排成為全球共識(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)需求強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)2005－2007年太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)仍將維持30％的高增長率，如圖2所示。各國政府也紛紛制定規(guī)劃，大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，如表1所示。中國政府在新的《可再生能源中長期規(guī)劃》提出，將太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量從2004年的6萬千瓦發(fā)展到2020年的200萬千瓦。2006年國內(nèi)硅太陽能電池企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢：市場情況：近幾年發(fā)展較快，04年我國太陽能電池產(chǎn)量不超過30MW，組件產(chǎn)量約100MW，2005年組件產(chǎn)量將超過200MW。預(yù)計(jì)2010年累計(jì)用量將超過600MW，2020年將達(dá)到30000MW。我國有10條太陽能電池生產(chǎn)線，其中8條生產(chǎn)線是從國外引進(jìn)的，在這8條生產(chǎn)線當(dāng)中，有6條單晶硅太陽能電池生產(chǎn)線，2條非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線。據(jù)專家預(yù)測，目前我國光伏市場需求量為每年10MW，2005～2010年，年需求量將達(dá)50MW，從2011年開始，我國光伏市場年需求量將大于100MW。目前應(yīng)用情況：主要為電力不方便地區(qū)應(yīng)用，并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)開始。對(duì)于邊遠(yuǎn)、偏遠(yuǎn)無電地區(qū)或者常規(guī)電力無法到達(dá)領(lǐng)域（如海島、燈塔、航標(biāo)燈和通信中繼站等），國家發(fā)改委提出了“光明工程”。另外并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)開始應(yīng)用。 20032005年我國晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)情況年度主要電池片生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力（MWp）年產(chǎn)量（MWp）另需進(jìn)口（MWp）20036457200466740252005200MW數(shù)據(jù)來源：中國新能源網(wǎng) 20032005年我國晶體硅光伏組件生產(chǎn)狀況組建生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力（MWp）年產(chǎn)量（MWp）其中進(jìn)口（MWp）20032010072004311506555200538200數(shù)據(jù)來源：中國新能源網(wǎng)目前技術(shù)應(yīng)用情況：研究范圍廣泛，但國內(nèi)外差距仍然比較大。主要表現(xiàn)在：??國內(nèi)企業(yè)以直拉單晶為主：河北寧晉、錦州華日、常州現(xiàn)代和揚(yáng)州順達(dá)等總產(chǎn)量為100MW左右（主要出口）。??少量多晶：保定英利、浙江精工總產(chǎn)量10MW左右。??缺乏切片能力：江陰海潤、鎮(zhèn)江環(huán)太，；??鋁漿、EVA已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但質(zhì)量一致性差。??銀漿和銀鋁漿、TPT、白玻璃仍是空白；??多線切割機(jī)、PECVD、全自動(dòng)絲網(wǎng)絡(luò)印刷及自動(dòng)分揀設(shè)備仍需要進(jìn)口；??高純多晶材料全部進(jìn)口。第六章 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析第一節(jié) 2006年太陽能電池的開發(fā)利用前景一、太陽能利用技術(shù)新構(gòu)想德國人希伯爾茲提出了一種新技術(shù)，稱為“礦物增生”建筑技術(shù)，是利用太陽能把海水中的礦物質(zhì)變成石灰石的技術(shù)，可以在大海中生出孤島，并向大陸提供建筑材料和金屬。這是未來人工島建造技術(shù)，是太陽能利用的一種新構(gòu)想。希氏提出的辦法是按要求在海底山脈的山頂上布置一系列線網(wǎng)，線網(wǎng)相互連接后接到太陽能裝置上，太陽能裝置提供低壓直流電。隨著時(shí)間的推移，海水中的礦物質(zhì)通過電化學(xué)反應(yīng)積聚在線網(wǎng)上，形成石灰石面板或礁島。希氏同一家礁石保護(hù)協(xié)會(huì)合作，已在一個(gè)小島周圍建立了5個(gè)實(shí)驗(yàn)場地，擬在西夢塔安培（位于非洲馬德拉群島與葡萄牙之間）長出一個(gè)能自給自足的島城，它跨度50米，根部位于海底，有淺灘供人們休閑娛樂和游泳，是釣魚愛好者的樂園，可以開發(fā)島城附近豐富的銅、錳、鎳