袁英

【摘 要】為了降低太陽能級多晶硅生產(chǎn)成本，從而降低太陽能電池制造成本，促進(jìn)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鑒于此，在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上首先綜述太陽能電池的種類，然后就其研究現(xiàn)狀、存在的問題、解決的途徑以發(fā)展趨勢等做了一些分析，完善太陽能電池的相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】新型薄膜；超高級；聚合物多層修飾電極型；納米晶化學(xué)

太陽能發(fā)電是一項(xiàng)高新技術(shù)，以太陽能為資源基礎(chǔ)的生產(chǎn)將是一種可持續(xù)的發(fā)展模式。全球太陽能產(chǎn)品的年銷售額達(dá)14億美元，其中12億美元來自太陽能電池的銷售。

制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅太陽能電池；化合物太陽能電池，如砷化鎵、硫化鎘、銅銦硒等；功能高分子材料制備的太陽能電池；納米晶太陽能電池等。不論以何種材料來制作電池，對太陽能電池材料一般的要求有：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率：材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽能電池材料，這也是目前在太陽能電池領(lǐng)域硅太陽能電池占主導(dǎo)地位的主要原因。

一、有關(guān)高效率，低成本晶體硅太陽能電池開發(fā)

硅太陽能電池可分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池，晶體硅太陽能電池主要是指單晶硅和多晶硅太陽能電池。規(guī)?；a(chǎn)中，單晶硅太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率最高、技術(shù)最為成熟、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池相近，但是從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要低得多。多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率相比單晶硅太陽能電池要低。我國尚德太陽能電力將開始量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率18.8%的單晶硅型、17.2%的多晶硅型太陽能電池單元。

目前，我國已上馬了多家多晶硅材料的生產(chǎn)基地，解決我國晶體硅太陽能電池原料高度依賴國外進(jìn)口的現(xiàn)狀。隨著多晶硅供需平衡，多晶硅價(jià)格會迅速恢復(fù)到合理價(jià)位，將直接導(dǎo)致硅太陽能電池生產(chǎn)成本大大降低，為多晶硅太陽能電池創(chuàng)造更好的發(fā)展條件。

硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，而且由于硅太陽能電池一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。薄膜太陽能電池由于其制造成本低，對環(huán)境的影響小，近年來備受關(guān)注，其所占的市場份額逐漸加大。但是在目前金融危機(jī)情況下，硅原材料成本已下降到每公斤100美元以下，成本大大下降，已接近火電發(fā)電成本每瓦1元人民幣，由于轉(zhuǎn)化效率高于薄膜，成本下降較大，所以硅太陽能電池仍具備強(qiáng)有力的競爭力。

二、新型薄膜電池開發(fā)

薄膜太陽能電池是最富前途的下一代太陽能電池技術(shù)，它節(jié)省了硅原料的使用和硅片制造工藝。與目前常見的硅片太陽能電池相比，硅薄膜太陽能電池用硅量僅為前者的1%左右，可使每瓦太陽能電池成本從2.5美元降至1.2美元。此外，這種高科技新產(chǎn)品可與建筑物屋頂、墻體材料如玻璃幕墻融為一體，既可并網(wǎng)發(fā)電又能節(jié)約建筑材料、美化環(huán)境。目前正在研發(fā)中和已有產(chǎn)品出售的薄膜太陽能電池主要有以下幾種：

（1）非晶硅薄膜電池：是薄膜太陽能電池中最成熟的產(chǎn)品之一。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV， 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

（2）多晶硅硅薄膜電池：其轉(zhuǎn)換效率高于非晶硅薄膜太陽能電池，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，但由于控制薄膜中硅晶粒大小的技術(shù)沒有解決，尚未能制成有實(shí)用價(jià)值的太陽能電池。

（3）有機(jī)染料敏化電池：它是一種光電化學(xué)電池。

（4）銅銦錫（CIS）和銻化鎘（CdTe）：兩種化合物多晶薄膜太陽能電池，中試轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過10%。但是，由于元素鎘的有毒性及其對環(huán)境的污染，這種太陽能電池技術(shù)均不具備長遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)化生命力。

（5）銅-銦-硒（及其合金）電池：據(jù)美國Miasole公司稱，他們研制的樣品轉(zhuǎn)換效率可達(dá)19.5%，試銷產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)9%。但由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展必然受到限制。

（6）砷化鎵III-V化合物薄膜電池：在250℃的條件下，光電轉(zhuǎn)換性能仍很良好，其最高光電轉(zhuǎn)換效率約30%，且能耐高溫，特別適合做高溫聚光太陽能電池。但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，目前主要作空間電源用。

在光伏利用中，相對于其它薄膜電池，由于硅材料儲量豐富，且無毒、無污染，具有主導(dǎo)地位。目前，在硅基薄膜太陽能電池家族中，非晶硅薄膜電池占有主要地位。但非晶硅太陽能電池存在光致衰減效應(yīng)的缺點(diǎn)，并且轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)低于晶體硅太陽能電池。目前又出現(xiàn)了各種疊層太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)14.6%，接近多晶硅太陽能電池。

近年來，另一種新型硅基薄膜材料——納米硅薄膜由于其優(yōu)良的性能引起了人們廣泛的關(guān)注。理論上其最大轉(zhuǎn)換率為44%，如能產(chǎn)業(yè)化，則高于單晶硅電池。

三、納米晶化學(xué)太陽能電池

在太陽能電池中硅系太陽能電池?zé)o疑是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進(jìn)行探索，而這當(dāng)中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池受到國內(nèi)外科學(xué)家的重視。

目前，我國已成為全球主要的太陽能電池生產(chǎn)國。2007年全國太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到1188MW，同比增長293%。中國已經(jīng)成功超越歐洲、日本為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。在產(chǎn)業(yè)布局上，我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。

中國的太陽能電池研究比國外晚了20年，盡管最近10年國家在這方面逐年加大了投入，但投入仍然不夠，與國外差距還是很大。政府應(yīng)加強(qiáng)政策引導(dǎo)和政策激勵，盡快解決太陽能發(fā)電上網(wǎng)與合理定價(jià)等問題。同時(shí)可借鑒國外的成功經(jīng)驗(yàn)，在公共設(shè)施、政府辦公樓等領(lǐng)域強(qiáng)制推廣使用太陽能，充分發(fā)揮政府的示范作用，推動國內(nèi)市場盡快起步和良性發(fā)展。

太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。

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