晶體硅太陽(yáng)電池及材料

晶體硅太陽(yáng)電池及材料
引言
??? 1839年，法國(guó)Becqueral第一次在化學(xué)電池中觀察到光伏效應(yīng)。1876年，在固態(tài)硒（Se）的系統(tǒng)中也觀察到了光伏效應(yīng)，隨后開(kāi)發(fā)出Se／CuO光電池。有關(guān)硅光電他的報(bào)道出現(xiàn)于1941年。貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等人
1954年開(kāi)發(fā)出效率為6％的單晶硅光電池，現(xiàn)代硅太陽(yáng)電池時(shí)代從此開(kāi)始。硅太陽(yáng)電他于1958年首先在航天器上得到應(yīng)用。在隨后10多年里，硅太陽(yáng)電池在空間應(yīng)用不斷擴(kuò)大，工藝不斷改進(jìn)，電他設(shè)計(jì)逐步定型。這是硅太陽(yáng)電池發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期。第二個(gè)時(shí)期開(kāi)始于70年代初，在這個(gè)時(shí)期背表面場(chǎng)、細(xì)柵金屬化、淺結(jié)表面擴(kuò)散和表面織構(gòu)化開(kāi)始引人到電池的制造工藝中，太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率有了較大提高。與此同時(shí)，硅太陽(yáng)電池開(kāi)始在地面應(yīng)用，而且不斷擴(kuò)大，到70年代未地面用太陽(yáng)電池產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)空間電池產(chǎn)量，并促使成本不斷降低。 80年代初，硅太陽(yáng)電他進(jìn)入快速發(fā)展的第三個(gè)時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的主要特征是把表面鈍化技術(shù)、降低接觸復(fù)合效應(yīng)、后處理提高載流子壽命、改進(jìn)陷光效應(yīng)引入到電他的制造工藝中。以各種高效電池為代表，電池效率大幅度提高，商業(yè)化生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。
??? 在太陽(yáng)電他的整個(gè)發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)過(guò)各種不同結(jié)構(gòu)的電池，如肖特基（Ms）電池，M1S電池，MINP電他；異質(zhì)結(jié)電池（如ITO（n）／Si（p），a-Si／c-Si，Ge／Si）等，其中同質(zhì)p-n結(jié)電池結(jié)構(gòu)自始至終占主導(dǎo)
地位，其它結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)電他的發(fā)展也有重要影響。
??? 以材料區(qū)分，有晶硅電池，非晶硅薄膜電池，銅鋼硒（CIS）電池，磅化鎬（CdTe）電池，砷化稼電他等，而以晶硅電池為主導(dǎo)，由于硅是地球上儲(chǔ)量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對(duì)它研究得最多、技術(shù)最成熟，而
且晶硅性能穩(wěn)定、無(wú)毒，因此成為太陽(yáng)電池研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用中的主體材料。
1?? 晶硅電他的技術(shù)發(fā)展
1．1地面應(yīng)用推動(dòng)各種新型電池的出現(xiàn)和發(fā)展
??? 晶硅電池在70年代初引入地面應(yīng)用。在石油危機(jī)和降低成本的推動(dòng)下，太陽(yáng)電池開(kāi)始了一個(gè)蓬勃發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期不但出現(xiàn)了許多新型電池，而且引入許多新技術(shù)。例如：
??? （1）背表面電場(chǎng)（BSF）電池——在電他的背面接觸區(qū)引入同型重?fù)诫s區(qū)，由于改進(jìn)了接觸區(qū)附近的收集性能而增加電他的短路電流；背場(chǎng)的作用可以降低飽和電流，從而改善開(kāi)路電壓，提高電池效率。
??? （2）紫光電他一一這種電池最早（1972）是為通信衛(wèi)星開(kāi)發(fā)的。因其淺結(jié)（0．1一0．2μm）密柵（30／cm）、減 反射（Ta2O5—短波透過(guò)好）而獲得高效率。在一段時(shí)間里，淺結(jié)被認(rèn)為是高效的關(guān)鍵技術(shù)之一而被采用。
??? （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(kāi)發(fā)的。其AM0時(shí)電池效率η≥15％，AMI時(shí)η＞18％。這種技術(shù)后來(lái)被高效電他和工業(yè)化電池普遍采用。
??? （4）異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池——即不同半導(dǎo)體材料在一起形成的太陽(yáng)電池J矚SnO／Si，In20／Si，（1n203十SnO2／Si電池等。由于SnO2、In2O3、（In2O3＋SnO2）等帶隙寬，透光性好，制作電池工藝簡(jiǎn)單，曾引起許多研究者的興趣。目前因效率不高等問(wèn)題研究者已不多，但SnO2、In2O3、（1n2O3＋SnO2）是許多薄膜電他的重要構(gòu)成部分，作收集電流和窗口材料用。
??? （5）M1S電池——是肖特基（MS）電他的改型，即在金屬和半導(dǎo)體之間加入1．5一3．0nm絕緣層，使MS電池中多子支配暗電流的情況得到抑制，而變成少子隧穿決定暗電流，與pn結(jié)類似。
???? 其中i層起到減少表面復(fù)合的作用。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的M1S電池正面有20一40μm的SiO2膜，在膜上真空蒸發(fā)金屬柵線，整個(gè)表面再沉積SiN薄膜。SiN薄膜的作用是：①保護(hù)電池，增加耐候性；②作為減反射層（ARC）；降低薄膜復(fù)合速度：①在p-型半導(dǎo)體一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)n型導(dǎo)電反型層。對(duì)效率產(chǎn)生決定性影響的是在介電層中使用了銀。該電池優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，但反型層的薄層電阻太高。
??? （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(duì)表面和晶界復(fù)合起抑制作用。這種電池對(duì)后來(lái)的高效電池起到過(guò)渡作用。
??? （7）聚光電池——聚光電他的特點(diǎn)是電池面積小，從而可以降低成本，同時(shí)在高光強(qiáng)下可以提高電池開(kāi)路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率，因此聚光電池一直受到重視。比較典型的聚光電池是斯但福大學(xué)的點(diǎn)接觸聚電池，其結(jié)構(gòu)與非聚光點(diǎn)接觸電池結(jié)構(gòu)相同，不同處是采用200 Ωcm高阻n型材料并使電池厚度降低到100一160tLm，使體內(nèi)復(fù)合進(jìn)一步降低。這種電池在140個(gè)太陽(yáng)下轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26．5％。
1．2晶硅太陽(yáng)電池向高效化和薄膜化方向發(fā)展
????? 晶硅電池在過(guò)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(yáng)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(lái)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(lái)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(lái)的。
1．2．1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(guó)Fraumhofer太陽(yáng)能研究所的局域化背表面場(chǎng)（LBSF）電池等。
我國(guó)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(lái)硅電他的一個(gè)重要進(jìn)展來(lái)自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽(yáng)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(wèn)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(zhǎng)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(kāi)路電壓得到提高。早期PESC電池采用淺結(jié)，然而后來(lái)的研究證明，淺結(jié)只是對(duì)沒(méi)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1μm左右。值得注意的是，目前所有效率超過(guò)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Ti-pd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(wèn)題。它用背面點(diǎn)接觸來(lái)代替PEsC電他的整個(gè)背面鋁合金接觸，并用TCA（氯乙烷）生長(zhǎng)的110nm厚的氧化層來(lái)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(zhǎng)度以減小復(fù)合。這種電池達(dá)到了大約700mV的開(kāi)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(wèn)距可以減小到250μm、接觸孔徑減小到10μm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(kāi)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(guò)4n2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(guó)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(lái)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1．02μm波長(zhǎng)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(kāi)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20μm寬、40μm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(zhǎng)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，50μm間距，10μm擴(kuò)散區(qū)，5μm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100μm，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(guó)Fraunhofer太陽(yáng)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(lái)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／μc-Si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RF-PECVD摻硼的μc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(guò)SiN上的孔與μcSi薄膜接觸。5cmX5cm電他在AM1．5條件下效率達(dá)到21．4％（Voc＝669mV，Isc＝40.5mA，F(xiàn)F=0．79）。
??? （5）我國(guó)單晶硅高效電池
??? 天津電源研究所在國(guó)家科委“八五”計(jì)劃支持下開(kāi)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(yáng)能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開(kāi)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％。
1．3多晶硅高效電池
??? 多晶硅太陽(yáng)電他的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)?；a(chǎn)的大尺寸方型硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制造過(guò)程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。晶界及雜質(zhì)影響可通過(guò)電他工藝改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。電池工藝主要采用吸雜、鈍化、背場(chǎng)等技術(shù)。
??? 近年來(lái)吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。吸雜工藝也在微電子器件工藝中得到應(yīng)用，可見(jiàn)其對(duì)純度達(dá)到一定水平的單晶硅硅片也有作用，但其所用的條件未必適用于太陽(yáng)電他，因而要研究適合太陽(yáng)電池專用的吸雜工藝。研究證明，在多晶硅太陽(yáng)電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對(duì)碳含量高的材料就顯不出磷吸雜的作用。有學(xué)者提出了磷吸雜模型，即吸雜的速率受控干兩個(gè)步驟：①金屬雜質(zhì)的釋放／擴(kuò)散決定了吸雜溫度的下限；②分凝模型控制了吸雜的最佳溫度。另有學(xué)者提出，在磷擴(kuò)散時(shí)硅的自間隙電流的產(chǎn)生是吸雜機(jī)制的基本因素。
??? 常規(guī)鋁吸雜工藝是在電池的背面蒸鍍鋁膜后經(jīng)過(guò)燒結(jié)形成，也可同時(shí)形成電他的背場(chǎng)。近幾年在吸雜上的工作證明，它對(duì)高效單晶硅太陽(yáng)電池及多晶硅太陽(yáng)電池都會(huì)產(chǎn)生一定的作用。
??? 鈍化是提高多晶硅質(zhì)量的有效方法。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。在晶體生長(zhǎng)中受應(yīng)力等影響造成缺陷越多的硅材料，氫鈍化的效果越好。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。在多晶硅太陽(yáng)電池表面采用pECVD法鍍上一層氮化硅減反射膜，由于硅烷分解時(shí)產(chǎn)生氫離子，對(duì)多晶硅可產(chǎn)生氫鈍化的效果。
??? 在高效太陽(yáng)電池上常采用表面氧鈍化的技術(shù)來(lái)提高太陽(yáng)電他的效率，近年來(lái)在光伏級(jí)的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。使用PECVD法在更低的溫度下進(jìn)行表面氧化，近年來(lái)也被使用，具有一定的效果。
??? 多晶硅太陽(yáng)電他的表面由于存在多種晶向，不如（100）晶向的單晶硅那樣能經(jīng)由腐蝕得到理想的絨面結(jié)、構(gòu)，因而對(duì)其表面進(jìn)行各種處理以達(dá)減反射的作用也為近期研究目標(biāo)，其中采用多刀砂輪進(jìn)行表面刻槽，對(duì)10cmX10cm面積硅片的工序時(shí)間可降到30秒，具有了一定的實(shí)用潛力。
??? 多孔硅作為多晶硅太陽(yáng)電他的減反射膜具有實(shí)用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電他的效率也能達(dá)到13。4％。我國(guó)北京有色金屬研究總院及中科院感光化學(xué)研究所共同研制的在絲網(wǎng)印刷的多晶硅太陽(yáng)電池上使用多孔硅也已達(dá)到接近實(shí)用的結(jié)果。
??? 由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅cZ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。近10年來(lái)多晶硅高效電他的發(fā)展很快，其中比較有代表性的工作是Geogia? Tech．電池，UNSW電池，Kysera電池等。
?? （1）Geogia? Tech．電池
??? Geogia工業(yè)大學(xué)光伏中心使用電阻率0.65 Ωcm、厚度280μm的HEM（熱交換法）多晶硅片制作電池，n+發(fā)射區(qū)的形成和磷吸雜結(jié)合，采用快速熱過(guò)程制備鋁背場(chǎng)，用lift一off法制備Ti／Pd／Ag前電極，并加雙層減反射膜。1cm2電他的效率AM1.5下達(dá)到18．6％。
?? （2）UNSw電池
??? uNsw光伏中心的高效多晶硅電池工藝基本上與PER1。電池類似，只是前表面織構(gòu)化不是倒金字塔,而是用光刻和腐蝕工藝制備的蜂窩結(jié)構(gòu)。多晶硅片由意大利的Eurosolare提供，lcm2電他的效率AMI?5下,達(dá)到19.8％，這是目前水平最高的多晶硅電他的研究結(jié)果。該工藝打破了多晶硅電池不適合采用高溫過(guò)程
的傳統(tǒng)觀念。
?? （3）Kysera電池
???? 日本ky0cera公司在多晶硅高效電池上采用體鈍化和表面鈍化技術(shù)，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(yīng)性粒子刻邊技術(shù)。背場(chǎng)則采用絲印鋁獎(jiǎng)燒結(jié)形成。電池前面柵線也采用絲印技術(shù)。15cmX15cm大面積多晶硅電池效率達(dá)17．1％。目前日本正計(jì)劃實(shí)現(xiàn)這種電池的產(chǎn)業(yè)化。
??? （4）我國(guó)多晶硅電他
???? 北京有色金屬研究總院在多晶硅電池方面作了大量研究工作，目前10cmX10cm電池效率達(dá)到11．8％。北京市太陽(yáng)能研究所在“九五”期間開(kāi)展了多晶硅電池研究，1cm2電池效率達(dá)到14?5％。我國(guó)中試生產(chǎn)的10cmX10cm多晶硅太陽(yáng)電他的效率為10一11％，最高效率為12％。
1．4多晶硅薄膜電池
??? 自70年代以來(lái)，為了大幅度降低太陽(yáng)電池的成本，光伏界一直在研究開(kāi)發(fā)薄膜電池，并先后開(kāi)發(fā)出非晶硅薄膜電他，硫化鎬（CdTe）電他，銅鋼硒（C1S）電池等。特別是非晶硅電池，80年代初一問(wèn)世，很快實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。1987年非晶硅電他的市場(chǎng)份額超過(guò)40％。但非晶硅電池由于效率低、不穩(wěn)定（光衰減），市場(chǎng)份額逐年降低，1998年市場(chǎng)份額降為13％。cdTe電池性能穩(wěn)定，但由于資源有限和Cd毒性大，近10年來(lái)市場(chǎng)份額一直維持在：13％左右；c1S電他的實(shí)驗(yàn)室效率不斷攀升：最近達(dá)到18．％，但由于中試產(chǎn)品的重復(fù)性和一致性沒(méi)有根本解決，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程一再推后，至今仍停留在實(shí)驗(yàn)室和中試階段；與此同時(shí)，晶體硅電池效率不斷提高，技術(shù)不斷改進(jìn)，加上晶硅穩(wěn)定，無(wú)毒，材料資源豐富，人們開(kāi)始考慮開(kāi)發(fā)多晶硅薄膜電池。多晶硅薄膜電池既具有晶硅電他的高效、穩(wěn)定、無(wú)毒和資源豐富的優(yōu)勢(shì)，又具有薄膜電池工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、大幅度降低成本的優(yōu)點(diǎn)，因此多晶硅薄膜電池的研究開(kāi)發(fā)成為近幾年的熱點(diǎn)。另一方面，采用薄片硅技術(shù)，避開(kāi)拉制單晶硅或澆鑄多晶硅、切片的昂貴工藝和材料浪費(fèi)的缺點(diǎn)，達(dá)到降低成本的目的。嚴(yán)格說(shuō)，后者不屬于薄膜電他技術(shù)，只能算作薄片化硅電池技術(shù)。
??? （1）CVD多晶硅薄膜電池
??? 各種cvD（PECVD，RTCVD，cat一CVD，Hot一wire? CVD等）技術(shù)被用來(lái)生長(zhǎng)多晶硅薄膜，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有些技術(shù)獲得了重要的結(jié)果。例如日本kaneka公司采用PECVD技術(shù)在550℃以下和玻璃襯底上制備出具有pin結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜電池，電池總厚度約2尸m，效率達(dá)到10％；德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所使用SiO2和siN包覆陶瓷或sic包履石墨為襯底，用快速熱化學(xué)氣相沉積（RTCVD）技術(shù)沉積多晶硅薄膜，硅膜經(jīng)過(guò)區(qū)熔再結(jié)晶（ZMR）后制備太陽(yáng)電池，兩種襯底的電池效率分別達(dá)到9．3％和11％。
??? 北京市太陽(yáng)能研究所自1996年開(kāi)始開(kāi)展多晶硅薄膜電他的研究工作。該所采用RTCVD技術(shù)在重?fù)诫s非活性硅襯底上制備多晶硅薄膜和電池，1cm2電池效率在AM1．5條件下達(dá)到13.6％，目前正在向非硅質(zhì)襯底轉(zhuǎn)移。
??? （2）多層多晶硅薄膜電池
??? uNSW1994年提出一種多層多晶硅薄膜電他的概念和技術(shù)，1994年與Pacific? Power公司合作成立kcifiC? sO1ar公司開(kāi)發(fā)這種電池。最近報(bào)道，該公司已經(jīng)生產(chǎn)出30cmX40cm的中試電池組件。薄膜采用CVD 工藝沉積，襯底為玻璃，通過(guò)激光刻槽和化學(xué)鍍實(shí)現(xiàn)接觸、互聯(lián)和集成。據(jù)稱，電池組件的主要成本是封裝玻璃，商業(yè)化后的發(fā)電成本可與煤電相比。

2太陽(yáng)電池用晶硅材料
2．1現(xiàn)用太陽(yáng)電池硅材料
??? 目前全世界光伏工業(yè)晶體硅太陽(yáng)電池所用的晶錠的投爐料，都采用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅及其單晶硅的頭尾料，其總量約占半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)硅料的1／10，約為1000～1200噸／年。這種硅料的純度大部分仍在6N到7N，價(jià)格依其品位約在10一20美元／kg。目前半導(dǎo)體工業(yè)用的投爐多晶硅料是采用三氯氫硅精餾法（西門子法）生產(chǎn)的，采用改進(jìn)的西門子法并擴(kuò)大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)是未來(lái)降低成本的有效措施之一。
??? 由于經(jīng)費(fèi)制約，我國(guó)太陽(yáng)級(jí)硅的研究工作限于較簡(jiǎn)易的化學(xué)與物理提純。化學(xué)提純是將純度較高的冶金級(jí)硅（99％）加工成細(xì)顆粒后，使用鹽酸、王水、氫氟酸等進(jìn)行酸洗革取，可將含鐵量降到200ppm量級(jí)，然后再進(jìn)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(jí)，但其純度及成本均未能達(dá)到要求。我國(guó)具有純度高的石英砂資源，并生產(chǎn)大量冶金級(jí)硅供應(yīng)出口，采用冶金硅精煉的方法生產(chǎn)太陽(yáng)級(jí)硅將來(lái)具有潛力。
2．1．1單晶硅材料
??? 單晶硅材料制造要經(jīng)過(guò)如下過(guò)程：石英砂一冶金級(jí)硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。
??? 硅主要以siO2形式存在于石英和砂子中。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。該過(guò)程能量消耗很高，約為14kwh／kg，因此硅的生產(chǎn)通常在水電過(guò)剩的地方（挪威，加拿大等地）進(jìn)行。這樣被還原出來(lái)的硅的純度約98％一99％，稱為冶金級(jí)硅（MG一Si）。大部分冶金級(jí)硅用于制鐵和制鋁工業(yè)。目前全世界冶金級(jí)硅的產(chǎn)量約為50萬(wàn)噸／年。半導(dǎo)體工業(yè)用硅占硅總量的很小一部分，而且必須進(jìn)行高度提純。電子級(jí)硅的雜質(zhì)含量約10-10％以下。
典型的半導(dǎo)體級(jí)硅的制備過(guò)程：粉碎的冶金級(jí)硅在硫化床反應(yīng)器中與HCI氣體混合并反應(yīng)生成三氯氫硅和氫氣，Si＋3HCI→SiHC13＋H2。由于SiHC13在30℃以下是液體，因此很容易與氫氣分離。接著，通過(guò)精餾使
SiHC13與其它氯化物分離，經(jīng)過(guò)精餾的SiHCl3，其雜質(zhì)水平可低于10-10％的電子級(jí)硅要求。提純后的SiHC13通過(guò)CVD原理制備出多晶硅錠。
??? 基于同樣原理可開(kāi)發(fā)出另一種提純方法，即在硫化床反應(yīng)器中，用Si烷在很小的Si球表面上原位沉積出Si。此法沉積出的Si粉未顆粒只有十分之幾毫米，可用作CZ直拉單晶的投爐料或直接制造Si帶。
??? 拉制單晶有CZ法（柑禍拉制）和區(qū)熔法兩種。CZ法因使用石英柑蝸而不可避免地引入一定量的氧，對(duì)大多數(shù)半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)影響不大，但對(duì)高效太陽(yáng)電池，氧沉淀物是復(fù)合中心，從而降低材料少子壽命。區(qū)熔法可以獲得高純無(wú)缺陷單晶。常規(guī)采用內(nèi)圓切割（ID）法將硅錠切成硅片，該過(guò)程有50％的硅材料損耗，成本昂貴?，F(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多線切割法，可以切出很?。ā?00Pm）的硅片，切割損失?。ā?0％），硅片表面切割損傷輕，有利于提高電池效率，切割成本低。
2．1．2多晶硅材料
???? 由于硅材料占太陽(yáng)電池成本中的絕大部分，降低硅材料的成本是光伏應(yīng)用的關(guān)鍵。澆鑄多晶硅技術(shù)是降低成本的重要途徑之一，該技術(shù)省去了昂貴的單晶拉制過(guò)程，也能用較低純度的硅作投爐料，材料及電能消耗方面都較省。
??? （1）鑄錠工藝
???? 鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種。定向凝固法是將硅料放在柑塌中加以熔融，然后將柑塌從熱場(chǎng)中逐漸下降或從增蝸底部通上冷源以造成一定的溫度梯度，使固液界面從柑蝸底部向上移動(dòng)而形成晶錠。定向凝固法中有一種稱為熱交換法（HEM），在柑禍底部通入氣體冷源來(lái)形成溫度梯度。澆鑄法是將熔化后的硅液從增禍中倒入另一模具中凝固以形成晶錠，鑄出硅錠呈方形，切成的硅片一般尺寸為10cmXl0cm，平均晶粒尺寸從毫米到厘米。
???? 鑄錠法中需要解決的主要問(wèn)題是：（1）盛硅容器的材質(zhì)。國(guó)為硅熔體冷凝時(shí)會(huì)牢固地粘附在柑禍的內(nèi)壁，若兩者的膨脹系數(shù)不同，硅固化時(shí)體積增加9％，會(huì)使硅錠產(chǎn)生裂紋或破碎。此外，熔化硅幾乎能與所有材料起化學(xué)反應(yīng)，因而柑禍對(duì)硅料的污染必須控制在太陽(yáng)級(jí)硅所允許的限度以內(nèi)。（2）晶體結(jié)構(gòu)。用調(diào)整熱場(chǎng)等方法控制晶體結(jié)構(gòu)，以生長(zhǎng)出大小適當(dāng)（數(shù)毫米）的具有單向性的晶粒，并盡量減少晶體中的缺陷，這樣才有可能制成效率較高的電池。
????? 近年來(lái)，鑄錠工藝主要朝大錠的方向發(fā)展。技術(shù)先進(jìn)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(shí)間在3一43h范圍，切片前硅材料的實(shí)收率可達(dá)到83．8％。大型鑄錠爐多采用中頻加熱，以適應(yīng)大形硅錠及工業(yè)化規(guī)模。與此同時(shí)，硅錠質(zhì)量也得到明顯的改進(jìn)，經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化和柑蝸材質(zhì)改進(jìn)，使缺陷及雜質(zhì)、氧、碳含量減少。在晶體生長(zhǎng)中固液界面的形狀會(huì)影響晶粒結(jié)構(gòu)的均勻性與材料的電性能，一般而言，水平形狀的固液界面較好。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。
???? 由于鑄錠中采用低成本的柑禍及脫模涂料，對(duì)硅錠的材質(zhì)仍會(huì)造成影響。近年來(lái)電磁法（EMC）被用來(lái)進(jìn)行鑄錠試驗(yàn)，方法是投爐硅料從上部連續(xù)加到熔融硅處，而熔融硅與無(wú)底的冷柑渦通過(guò)電磁力保持接觸，同時(shí)固化的硅被連續(xù)地向下拉。冷增渦用水冷的銅渦來(lái)形成。目前該工藝已鑄出截面為220mmX220mm的長(zhǎng)硅錠，鑄錠的材質(zhì)純度比常規(guī)硅錠高。生產(chǎn)性的鑄錠爐已鑄造出500kg的硅錠，錠的截面為350mmX350mm，2．? 2m長(zhǎng)，固化率為1mm／min。固化及冷卻時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力是影響硅錠質(zhì)量的主要參數(shù)，應(yīng)不斷優(yōu)化和改進(jìn)。該法能否正式進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)仍在實(shí)驗(yàn)評(píng)估中。
???? 我國(guó)在80年代初就開(kāi)始了多晶硅材料和太陽(yáng)電池研究，進(jìn)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(fù)旦大學(xué)；其中上海有色所采用的是澆鑄法，北京有色院及復(fù)旦大學(xué)采用的是定向凝固法，并鑄出了15kg重、220mmX220mmX140mm的硅錠。國(guó)家“九五”計(jì)劃安排了100kg級(jí)硅錠的引進(jìn)消化任務(wù)。
?? （2）多晶硅結(jié)構(gòu)及材料性能
??? 采用計(jì)算機(jī)圖象儀可對(duì)硅片缺陷及少子壽命等參數(shù)進(jìn)行面掃描，這對(duì)觀察多晶硅材料性能、結(jié)構(gòu)及進(jìn)行系統(tǒng)分析具有很大幫助。針對(duì)特有的鑄錠工藝來(lái)分析氧、碳含量及其對(duì)電性能的影響是提高硅片質(zhì)量的重要手段。在掃描電鏡上加EB1C（電子束感應(yīng)電流法）功能部件對(duì)樣品進(jìn)行掃描對(duì)了解晶體硅電池因缺陷、晶界、雜質(zhì)的局部影響十分有效。
?? （3）硅片加工技術(shù)
??? 常規(guī)的硅片切割采用內(nèi)圓切片機(jī)，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。近幾年，多線切割機(jī)的使用對(duì)晶體硅片的成本下降具有明顯作用。多線切割機(jī)采用鋼絲帶動(dòng)碳化硅磨料來(lái)進(jìn)行切割硅片，切損只有0．? 22mm，硅片可切薄到0．? 2mm，且切割的損傷小，可減少腐蝕的深度。一般可減少V4硅材料的損失。目前先進(jìn)的大公司基本上都采用該設(shè)備。一臺(tái)設(shè)備可切割2一4MW／年的硅片。近期研究出可將85％的碳化硅磨料及油液經(jīng)過(guò)離心機(jī)分離后重復(fù)使用工藝，可進(jìn)一步降低材料消耗。
2．2帶狀多晶硅制造技術(shù)
??? 為了減少切片損失，在過(guò)去幾十年里開(kāi)發(fā)過(guò)很多種制造片狀硅或帶硅的技術(shù)。在80年代國(guó)際上曾出現(xiàn)過(guò)很多種生長(zhǎng)硅帶的方法，但大部分都處于實(shí)驗(yàn)室階段，其原因是：（1）在高溫過(guò)程中通過(guò)設(shè)備引入了過(guò)多雜質(zhì)，達(dá)不到要求的純度；（2）在再結(jié)晶過(guò)程中要求的高冷卻速率會(huì)使晶體中產(chǎn)生過(guò)多的缺陷。在生長(zhǎng)速度與硅帶質(zhì)量之間尋找平衡，其降低成本的技術(shù)難度比晶錠硅高。下邊介紹幾種比較成熟的帶硅技術(shù)。
? （1）限邊喂膜（Edge? deifined? film? growth）帶硅技術(shù)
??? 該技術(shù)的工藝過(guò)程如下：采用適當(dāng)?shù)氖＞邚娜酃柚兄苯永稣私枪柰?，正八角的邊長(zhǎng)比10cm略長(zhǎng)，總管徑約30cm，管壁厚度（硅片厚）與石墨模具毛細(xì)形狀、拉制溫度和速度有關(guān)，約200一400tLm，管長(zhǎng)約5m。采用激光切割法將硅管切成10cmXl0cm方形硅片。電池工藝中采用針頭注入法制備電池柵線，其它工藝與常規(guī)電池工藝相同。電他效率13％一15％。該技術(shù)目前屬于ASE公司所有，商品化生產(chǎn)規(guī)模是4MW／年，正計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)。
? （2）枝蔓踐狀帶硅技術(shù)
??? 在生長(zhǎng)硅帶時(shí)兩條枝蔓晶直接從柑蝸熔硅中長(zhǎng)出，由于表面張力的作用，兩條枝晶的中間會(huì)同時(shí)長(zhǎng)出一層如踐狀的薄片，所以稱為踐狀晶。切去兩邊的枝晶，用中間的片狀晶制作太陽(yáng)電池。踐狀晶在各種硅帶中質(zhì)量最好，但其生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢。
??? 我國(guó)在70年代初就拉制出無(wú)位錯(cuò)的躇狀晶。在80年代中期北京有色金屬研究院在國(guó)家自然科學(xué)基金支持下開(kāi)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(shè)備（研究工作在80年代未中止）。我國(guó)西北工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了滴硅旋轉(zhuǎn)法——即用電磁法熔化硅、然后將硅液滴到旋轉(zhuǎn)模具上以形成硅片的探索性研究，并達(dá)到了一定的水平。
? （3）De1aware大學(xué)多晶片狀硅制造技術(shù)
??? 該技術(shù)基于液相外延工藝，襯底為廉價(jià)陶瓷。陶瓷襯底可以重復(fù)使用。在電池制作中采用了Al和POC13，吸雜和低溫PECVD-Si3N4，鈍化技術(shù)，后者提供了體鈍化和發(fā)射區(qū)鈍化。lcm2電池效率達(dá)到15?6％。De1aware大學(xué)和Austropower公司合作通過(guò)了中試產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。
? （4）小硅球太陽(yáng)電池
??? 硅球的平均直徑為L(zhǎng)2mm，約有2萬(wàn)個(gè)小球鑲在100cm2的鋁箔上以形成太陽(yáng)電池，每個(gè)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(dá)到10％。原則上可使用冶金級(jí)的小硅球，一方面小硅球本身也容易進(jìn)行提純。該方法在技術(shù)上具有一定的特色，但要降低成本在技術(shù)上仍有許多困難。該方法在90年代初發(fā)展起來(lái)，但近幾年其研究與發(fā)展陷于停頓狀態(tài)。我國(guó)復(fù)旦大學(xué)也曾對(duì)這種太陽(yáng)電池工藝進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)，掌握了基本技術(shù)的要點(diǎn)。
2．3太陽(yáng)級(jí)硅
????? 美國(guó)、德國(guó)、日本的許多家公司在80年代未停止了太陽(yáng)級(jí)硅的研究，主要是因?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)展緩慢，同時(shí)有大量低成本半導(dǎo)體工業(yè)次品硅可供利用。另一方面，太陽(yáng)級(jí)硅生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模約為1000噸／年，成本可降到
20美元／kg，而目前光伏工業(yè)每年的需求量只有400一500噸。當(dāng)光伏工業(yè)的用量達(dá)到一定的水平，而半導(dǎo)體工業(yè)為其提供不了低價(jià)的次品硅料時(shí)，太陽(yáng)級(jí)硅才能進(jìn)行正式生產(chǎn)。
???? 一種目前制造太陽(yáng)級(jí)硅的主要方法是使用精煉的冶金級(jí)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。采用水蒸氣混合的冠等離子體可將硼含量降到0?lppm的水平，經(jīng)過(guò)再凝固硅中的金屬雜質(zhì)含量可降到ppb的水平。用此太陽(yáng)級(jí)硅制成的常規(guī)工藝電他的最高效率可達(dá)到14％，高效工藝制的電他的最高效率可達(dá)到16％。此太陽(yáng)級(jí)硅已進(jìn)入每年生產(chǎn)60噸的中試階段。
??? 由于經(jīng)費(fèi)制約，我國(guó)太陽(yáng)級(jí)硅的研究工作限于較簡(jiǎn)易的化學(xué)與物理提純?；瘜W(xué)提純是將純度較高的冶金級(jí)硅（99％）加工成細(xì)顆粒后，使用鹽酸、王水、氫氟酸等進(jìn)行酸洗革取，此步可將含鐵量降到200ppm量級(jí)，然后再進(jìn)行二次定向舒固（早期使用二次直拉），可將含鐵量降到0．3ppm量級(jí)，但其純度及成本均未能達(dá)到要求。我國(guó)具有純度高的石英砂資源，并有大量冶金級(jí)硅出口，采用冶金硅精煉的方法生產(chǎn)太陽(yáng)級(jí)硅具有很大潛力。
3晶硅電池的商業(yè)化生產(chǎn)和市場(chǎng)發(fā)展
3．1商業(yè)化電池技術(shù)
??? （1）常規(guī)商業(yè)化電池：商業(yè)化晶硅電池主要結(jié)構(gòu)是p唄結(jié)。絨面、背場(chǎng)和減反射涂層被普遍采用，細(xì)柵金屬化技術(shù)在不斷改進(jìn)，單晶硅商業(yè)化電池效率在13一16％之間。多晶硅電池工藝與單晶硅基本相同，但沒(méi)有絨面技術(shù)。商業(yè)化多晶硅電池效率在11一14％之間。
??? （2）刻槽埋柵電他：BP公司利用UNsW技術(shù)生產(chǎn)的刻槽埋柵電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，規(guī)模為2MW／年，電池效率15一17％之間，成本與常規(guī)電池基本相同。
??? （3）AsE多晶硅片電池效率在11一13％之間。
3．2晶硅電池的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展
????? 國(guó)際光伏工業(yè)在過(guò)去15年的平均年增長(zhǎng)率為20％。90年代后期，世界市場(chǎng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽(yáng)電他光伏組件生產(chǎn)達(dá)122MW，比1996年增長(zhǎng)了38％，是4年前的2倍，是7年前3倍，比集成電路工業(yè)發(fā)展更快，超出光伏專家最樂(lè)觀的估計(jì)。1998年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到157．4MW，比1998年增長(zhǎng)29％。光伏發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到800MW。
???? 在產(chǎn)業(yè)化方面，各國(guó)一直在通過(guò)改進(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模和開(kāi)拓市場(chǎng)等措施降低成本，并取得了巨大進(jìn)展。以美國(guó)為代表，政府（能源部）在1990年起動(dòng)了PVMaT（光伏制造技術(shù)）的產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，通過(guò)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREI／實(shí)施，并成立了國(guó)家PV中心，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行攻關(guān)，以求大幅度降低成本。這一計(jì)劃的實(shí)施已經(jīng)產(chǎn)生了非常明顯的效果，使商品化電池效率提高到．12一15％。生產(chǎn)規(guī)模從過(guò)去的1一5MW／年發(fā)展到5一20MW／年，并正在向50MW擴(kuò)大，如英國(guó)BP? So1ar公司計(jì)劃2000年達(dá)到50MW／年的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)工藝不斷簡(jiǎn)化，自動(dòng)化程度不斷提高。三年來(lái)，世界的光伏組件的生產(chǎn)成本降低了32％以上，第一次降到3美元／wp以下，國(guó)際市場(chǎng)光伏組件售價(jià)在4美元／Wp左右。這種趨勢(shì)還在繼續(xù)發(fā)展，預(yù)測(cè)1999年生產(chǎn)成本可降到1．? 79美元／Wp，在1994年的水平上降低60％。美國(guó)PV系統(tǒng)電價(jià)成本目標(biāo)：2004年光伏系統(tǒng)安裝成本3美元／Wp（11美分／kwh），2010年1．5美元／wp（6美分／kwh以下）。
??? 歐洲和日本也有類似的計(jì)劃。競(jìng)爭(zhēng)促使各發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)幾乎以大致相同的水平和速度向前發(fā)展；
??? 在太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域，印度是發(fā)展中國(guó)家的排頭兵。截止1997年3月／p度總的pv系統(tǒng)容量達(dá)到30MW。目前印度有6個(gè)太陽(yáng)電池制造廠，12個(gè)組件生產(chǎn)廠，1998年生產(chǎn)10MW組件，19982002印度計(jì)劃安裝150MW。2002年生產(chǎn)將達(dá)到50Mw／年。
??? 1998年7月在Vienna召開(kāi)了第二屆國(guó)際太陽(yáng)能光伏會(huì)議，在這個(gè)迄今規(guī)模最大的世界光伏會(huì)議上，一向觀點(diǎn)保守和沉默寡言的歐盟科技局局長(zhǎng)Wolfgang? Pa1z博士在會(huì)上談到他對(duì)目前PV技術(shù)商業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì)的觀點(diǎn)：光伏技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)很明顯地結(jié)束了它的前期開(kāi)拓階段，并開(kāi)始了它的蓬勃發(fā)展階段。1998年7月正當(dāng)世界金融危機(jī)最瘋狂的時(shí)候，世界PV市場(chǎng)比1997年同期增長(zhǎng)了50％。世界各大公司紛紛實(shí)施和制定擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，1998年初PVIR統(tǒng)計(jì)，正在實(shí)施和擴(kuò)產(chǎn)的新增能力為“3。5MW／年，比1997年高出2倍?？梢哉f(shuō)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在騰飛，預(yù)測(cè)今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以30％左右甚至更高的遞增速度發(fā)展，2000年將達(dá)到300MW／年，2010年達(dá)到4．6GW／年（保有量20GW）?？焖侔l(fā)展的屋頂計(jì)劃、各種減
免稅政策和補(bǔ)貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價(jià)格為PV市場(chǎng)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。市場(chǎng)發(fā)展將逐步由邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村的補(bǔ)充能源向全社會(huì)的替代能源過(guò)渡。預(yù)測(cè)到下世紀(jì)中葉，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電量15一20％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。第二屆世界太陽(yáng)能光伏會(huì)議主席Jurgen? Schmidt在大會(huì)上說(shuō)到：“作為全球一種能源，光伏發(fā)電在下世紀(jì)前半期將超過(guò)核電，是2030年還是2050年的最后幾年超過(guò)，只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題?！?br>??? 我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場(chǎng)發(fā)展經(jīng)過(guò)近20年的努力，已經(jīng)奠定良好的基礎(chǔ)。目前有4個(gè)單晶硅電池及組件生產(chǎn)廠和2個(gè)非晶硅電池生產(chǎn)廠。但在總體水平上我國(guó)同國(guó)外相比還有很大差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
?? （1）生產(chǎn)規(guī)模小。目前4個(gè)單晶硅電池生產(chǎn)廠基本上保持在1986一1990年引進(jìn)時(shí)的規(guī)模和水平。各廠家在引進(jìn)時(shí)標(biāo)稱生產(chǎn)能力為IMW／年，但在不同的工藝環(huán)節(jié)上都存在著“瓶頸”，實(shí)際生產(chǎn)能力都在0．5MW／年左右，所以我國(guó)太陽(yáng)電池總的實(shí)際生產(chǎn)能力約2MW／年，? 1998年我國(guó)太陽(yáng)電他的產(chǎn)量為2MW，約占世界產(chǎn)量的1．3％。生產(chǎn)的規(guī)?；潭缺葒?guó)外5一20MW生產(chǎn)規(guī)模低一個(gè)數(shù)量級(jí)。目前各廠都在努力擴(kuò)大生產(chǎn)能力，可望在1一2年內(nèi)將各廠的實(shí)際生產(chǎn)能力擴(kuò)大到IMW／年，總能力達(dá)到4MW／年。多晶硅電池有利于進(jìn)一步降低成本，目前我國(guó)還是空白。國(guó)家已將多晶硅電他的產(chǎn)業(yè)化作為“九五”計(jì)劃的重點(diǎn)進(jìn)行了安排，可望在2000年形成規(guī)模化生產(chǎn)。
?? （2）技術(shù)水平較低。我國(guó)太陽(yáng)電他的效率較低，平均在11一13％；組件封裝水平低，工程現(xiàn)場(chǎng)證明，部分產(chǎn)品大約3一5年就出現(xiàn)發(fā)黃、起泡、焊線脫落、效率下降等問(wèn)題，近幾年產(chǎn)品質(zhì)量有提高，但同國(guó)外仍有一定
差距。
?? （3）專用原材料國(guó)產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等尚未完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。國(guó)家曾將提高商業(yè)化電池效率和材料國(guó)產(chǎn)化列入“八五”計(jì)劃，并取得一定成果，但性能有待進(jìn)一步改進(jìn)，各廠家部分材料仍然采用進(jìn)口品。
?? （4）成本高。目前我國(guó)電池組件成本約35元／wp（4．2美元／Wp），平均售價(jià)44元／Wp（5．3美元／Wp)，成本和售價(jià)都高于國(guó)外產(chǎn)品。
??? 我國(guó)地域廣大、人口眾多，7000萬(wàn)人生活在無(wú)電地區(qū)，光伏發(fā)電的潛在市場(chǎng)非常巨大。但由于光伏發(fā)電成本高，目前尚不能與常規(guī)發(fā)電相比。盡管如此，我國(guó)的光伏市場(chǎng)仍在逐年地發(fā)展和擴(kuò)大，1998年的安裝容量約2．5MW。到1998年底，光伏發(fā)電系統(tǒng)總保有量約12MW。
??? 在光伏市場(chǎng)發(fā)展方面，國(guó)外各大公司和世界銀行對(duì)于開(kāi)拓中國(guó)的光伏市場(chǎng)都表現(xiàn)出極大的興趣和熱心，并開(kāi)始付諸行動(dòng)。這對(duì)我國(guó)光伏事業(yè)的發(fā)展無(wú)疑起著極大的推動(dòng)和催化作用。例如，世界銀行通過(guò)GEF（全球環(huán)境基金）項(xiàng)目向中國(guó)軟貸款用于風(fēng)能和光伏發(fā)電的市場(chǎng)開(kāi)拓，其中包括10MW的戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)。該項(xiàng)目在國(guó)家經(jīng)貿(mào)委組織下正在執(zhí)行中。荷蘭政府向我國(guó)新疆自治區(qū)贈(zèng)送近10萬(wàn)套戶用光伏電源系統(tǒng)，價(jià)值1500萬(wàn)美元。日本、美國(guó)、歐洲的一些公司也都有過(guò)類似的贈(zèng)送和示范項(xiàng)目。面對(duì)這樣一個(gè)將被開(kāi)發(fā)的巨大市場(chǎng)，我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)必須加快發(fā)展步伐。
4．二十一世紀(jì)晶硅電他的發(fā)展趨勢(shì)和展望
??? 90年代以來(lái)，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(yáng)能和其它可再生能源能夠提供世界能耗的50％。
4．1 光伏建筑將成為光伏應(yīng)用的最大市場(chǎng)
??? 太陽(yáng)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(guó)際社會(huì)十分重視。國(guó)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(wú)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(yáng)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(guò)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(lái)發(fā)展很炔，許多國(guó)家相繼制定了本國(guó)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(lái)太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電在世界能源中的從屬地位，前景光明。
4．2? 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5一20Mw／年，下世紀(jì)將向百兆瓦級(jí)甚至更大規(guī)模發(fā)展。同時(shí)自動(dòng)化程度、技術(shù)水平也將大大提高，電池效率將由現(xiàn)在的水平（單晶硅13％一15％，多晶硅11％一13％）向更高水平（單晶硅18％一20％，多晶硅16％一18％）發(fā)展，同時(shí)薄膜電池在不斷研究開(kāi)發(fā)，這些都為大幅度降低光伏發(fā)電
成本提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
4．3下世紀(jì)前半期光伏發(fā)電將超過(guò)核電
??? 專家預(yù)計(jì)，下世紀(jì)前半期的30一50年代，光伏發(fā)電將超過(guò)核電。1997年世界發(fā)電總裝機(jī)容量約2000GW，其中核電約400GW，約占20％，世界核電目前是收縮或維持，而我國(guó)屆時(shí)核能將發(fā)展到約100GW，這就意味著世界光伏發(fā)電屆時(shí)將達(dá)到500GW左右。1998年世界光伏發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量800MW，以2040年計(jì)算，這要求光伏發(fā)電年增長(zhǎng)率達(dá)16．5％，這是一個(gè)很實(shí)際的發(fā)展速度，前提是光伏系統(tǒng)安裝成本至少能和核能相比。
4．4? PV發(fā)電成本下降趨勢(shì)
??? 美國(guó)能源部1996年關(guān)于PV聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)市場(chǎng)價(jià)格下降趨勢(shì)預(yù)測(cè)表明，每年它將以9％速率降低。1996年pv系統(tǒng)的平均安裝成本約7美元／Wp，預(yù)計(jì)2005年安裝成本將降到3美元／Wp，PV發(fā)電成本）11美元／kWh；2010年P(guān)V發(fā)電成本降到6美分／kWh，系統(tǒng)安裝成本約1．7美元／Wp。
降低成本可通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模、提高自動(dòng)化程度和技術(shù)水平、提高電池效率等途徑實(shí)現(xiàn)?？尚行匝芯恐赋?，500MW／年的規(guī)模，采用現(xiàn)有已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的晶硅技術(shù)，可使PV組件成本降低到：歐元左右（其中多晶硅電池組件成本0．91歐元／Wp），如果加上技術(shù)改進(jìn)和提高電池效率等措施，組件平均成本可降低到1美元／Wp。在這個(gè)組件成本水平上，加上系統(tǒng)其它部件成本降低，發(fā)電成本6美分／kWh是能實(shí)現(xiàn)的?？紤]到薄膜電池，未來(lái)降低成本的潛力更大，因此在下世紀(jì)前10一30年把PV系統(tǒng)安裝成本降低到與核電可比或更低是完全可能的。?????????????????????