鲜红的太阳永不落-------我的至爱天威保变！

小散户1

　　天威：新光硅业修成正果，未来发光程度钻石级
　　
　　Shine2008 2007.2.26
　　
　　“We believe producing clean electricity directly from the sun is the right thing to do for our environment and economy我们深信自阳光直接生产清洁的电力是为环境和经济所作的正确的事” ――引自Akeena Solar
　　
　　与若干年前星火有机硅厂多次开车才点火成功相比，新光硅业可谓井然有序，举重若轻，点火一次成功，今后全球主要多晶硅厂家的排他性花名册上将增加这样一个名字：Sichuan Xinguang Silicon Industry，可喜可贺。感谢新光硅业的工程技术人员及管理者，你们正在为未来中国的青山绿水和全球的蓝天白云作出令人醒目的贡献（包括IT产业），也是各方股东的财富直接创造者，再次表示敬意。而对清洁环境和经济利益双赢的关注，也正是PV Fans一直以来的Focus所在。
　　
　　下面就新光硅业一些感兴趣的情况进行讨论：
　　
　　一、产量
　　
　　由于新光硅业生产技术层面的顺利程度比事先预期的要好，可望在较短时间内逐次开启20台还原炉，全部启用的时间大概在6月底以前，目前看今年产量预期不低于500吨，甚至有可能到600吨。按照国外多晶硅厂先例，首先生产的是SG级多晶硅，待生产2－3个月后，设备达到自然清洗效果后，即可产出EG级多晶硅。
　　
　　二、每公斤多晶硅成本
　　
　　有关人士参考2005年新光商业计划书中是35美元/公斤，联合证券07.2.1报告说是70.68美元/公斤，似乎出入很大。分析起来实际上两者测算模式并无大的出入，主要差别在于几个重要成本要素的所采取的数据，其中主要是折旧成本和电价，还有产量。
　　
　　折旧成本，按照财政部《工业企业财务制度》的条文，冶金工业设备折旧年限9-15年，房屋建筑折旧年限30-40年，结合国外多晶硅工厂实际生产经营状况，我们认为新光的设备折旧取12-15年，房屋取25-30年，则设备＋厂房折旧约为5000-6000万。还有一个方法是按照此类项目约5％的综合折旧率，则每年折旧约为6500万。何况新光这类重点高科技公司税收享受优惠，显然加快折旧的主观动力不足。
　　
　　电价，立项时承诺为0.23元/度，目前看可能会有所上浮，启明星铝业享受的电价是0.28元/度，这个电价比较有参考意义，而市场价为0.4元/度。
　　
　　综合以上所述，初步看法，新光的多晶硅成本，在电价为0.4元/度时将低于50美元/公斤，电价0.28元/度时将低于40美元/公斤。
　　
　　三、售价和利润
　　
　　目前SG级仅略低于EG级，同样处于紧缺状况。1月份媒体报导了峨嵋多晶硅厂出口德国的多晶硅出厂价为160美元/公斤。去年茂迪和国外厂商的一个2年合同是200美元。而多晶硅瓶颈目前看其缓解时间较原先估计的2008年仍将延迟。一般来说多晶硅厂都有一部分产品流入利润率更高的散货市场，多晶硅散货价在300美元以上。因此新光多晶硅平均售价起码在160美元以上，也许接近200美元。
　　
　　主营利润及利润率，可以按前面提供的数据大致估算。还有一个旁证，就是洛阳中硅，6个9的多晶硅，其300吨的产能由于三氯氢硅回收技术仍不过关，只能发挥180吨，但就这180吨也提供了1.8亿主营利润。两种算法结果近似。而新光的技术较完备，生产过程损耗更低。新光目前享受3年的税收优惠，优惠很大，净利比例很高，因此，以500吨-600吨计算，07年新光硅业提供的利润将不少于5亿，08年可以满产。因此仅07年就可以为天威保变提供约0.4-0.5的EPS，由于还有08年的增产，以及二期开工的预期，07年的这块EPS可以给较高的PE。
　　
　　四、二期展望
　　
　　一期修成正果，二期紧锣密鼓。二期3000吨全部按SG级设计，成本更低，一期的顺利完工使我们对其复制的成功已无任何技术上的疑义，今年开工则能在2年内出产能。中国的第一座成为现实的多晶硅大规模生产厂家，不仅在知识产权上处于有利的高位，而且在国内同业竞争的时间上已经获得了足够大，也许是绝对性的优势。
　　
　　最后，我想再引用尚德副总张维国今年说的三句话作为本文结尾：
　　
　　新能源企业的最大竞争对手是传统的能源企业，而非同行企业。
　　
　　开发新能源成为整个21世纪的能源行业发展主线。
　　
　　今天的新能源公司将可能成为明日的能源巨头。

小散户1

天威(600550)你打算持有多久？
--有感于巴菲特持股理念和信心 2007-5-27 16:43:08     

十年如一

巴菲特，全世界唯一一位赁着在股票市场进行投资而成为全世界首富的一名传奇人物。可能每一个人朋友都会喜欢巴非特的其中一些特点，如有些人喜欢选股的时候选消费类股票，有一些人喜欢选择管理层优秀的公司，另外有一些人会以价值投资的理念去进行投资等等。而作为我来说，我更为欣赏或者佩服的是“股神”的持股理念和持股的信心。

   大家都知道，要在一个投资市场里，要羸利，除了避开熊市之外，最重要的是要持股。因为只有持股才有羸利，而对于有着长远发展空间，不断壮大的公司和企业来说，持股才会赚得到大钱，才能够完全分享公司发展带来的效益。

   巴菲特对可口可乐，华盛顿油报长期二十多年的持股，让全世界的每一个投资者无不感到佩服。其投资理念通过其操作表现无YI，用自己的操作，用自己的羸利去证明其所经营的公司的理念，其价值投资的方法的正确。单单这样就足可以让证券市场的所谓机构和基金经理汗颜。（现在的很多基金公司完全是说一套做一套，这些基金经理连熊市都没有经历过）

   长时间持有一个公司的股票，需要的是什么？我觉得需要的首先是对这个公司发展的信心，第二是需要有坚强的信念和强硬的分析依据表明其投资的公司仍然会继续增长。第三需要的是感情。有人说投资不应该讲感情，但是其实我认为人始终都是有感情的。长期持有一个公司的股票，就会慢慢对这个公司产生感情，而这个感情会促使你不断的去关注，不断的去研究这个公司，而通过研究和关注不断的强化你对它的信心，这是一个相互的过程。(威迷之所以被人叫做威迷，因为他们对天威有着其他人很难明白的感情，有朋友持有天威将近2年，目前获利10倍，但是仍然持股，你要他们现在放弃天威，你说他们会吗？）

   这几天在太阳能论坛上，有些人建议，天威应该在英利上市完之后，将英利上市之后的股权慢慢的卖掉，拿回100亿的现金，然后重新去发展另外一个英利。有时候我在想，怎么会居然有这样的理论。这完全是没有做过企业的人说的瞎话。这完全是短期投机行为的最大写照。英利对于天威的整个产业莲布局是至关重要的，其是天威太阳能光伏产业莲很重要的一环，这是天威未来成为行业龙头，成就千秋万业的重要一环。

    英利极有可能成为天威面向国外光伏市场的一个重要窗口企业。（其最有可能是面向行业的太阳能应用，包括太阳能转电能,其最有可能的是转变成一个能源企业）而至于中国的太阳能业务的发展，按照目前的部局极有可能会由西藏华冠进行承担，而且西藏华冠还必然会成为太阳能行业应用民用化的一个尖兵。可以大胆预测在未来的2年里（其实不用两年，现在电视台的电视购物已经在出太阳能的手机充电器，提供交流、车载，太阳能全天充电，适合经常外出，登山，户外运动的人使用），太阳能应用会转向消费，转向个人，能源私有化会得到充分的应用。（也就是每个人的能源只要向厂家购买设备之后，可以通过不用钱的太阳能进行不断的补充）。

     新光硅的硅原料优势应该会保持2-3年，天威正是要利用这2-3年的领先时间，充分的完善各方面的太阳能技术，包括转换率，高晶硅的纯度提高，太阳能技术的民用等等。在这里的每一步都会直接关联到天威是否最终能够成为未来5年后太阳能行业的消费BA主。要知道，假如太阳能的技术应用能够成功的转为民用或者商用，例如完全生产出并且价格能够让大家接受的太阳能产品，如太阳能热水器，太阳能充电器，这会完全改变整个人类的生活，能源的私有化进程会得到进一步的加强。

   所以对于天威，你打算持有它多久呢？持有它到英利上市？持有它到除权？持有它到风电样机出来？持有它到2009年？

   我们可能还不能够看见到天威未来的5-10年，但是我们可以看到天威未来的2年，这2年是比较确定的，是比较确定属于高发展阶段的，如果这样，我们这两年为何不应该持有？在两年之后，天威获得更加快的发展，其产业发展更加的快，市场占有率会更加的高，那我们就再继续持股。

    我相信中国的基金，中国的机构没有人会对天威进行长时间的持股，这就好象其没有对茅台这样的公司进行长期持股一样。假如我们要跟随基金的操作思路和理念，那注定我们不能获得高于大盘的收益（纵观全世界各基金，长时间算下来，基本挺少有基金的收益可以和大盘走势持平的）.

    中国正处于资本市场大发展的时候，我之前说过天威有可能再涨20倍，或许大家都会觉得可笑，但是大家可以去看。可口可乐涨了多少倍？华盛顿油报涨了多少倍？中国石油涨了多少倍？

     我很庆幸看到有很多的威迷们说，现在买入的天威是为自己的儿子和儿女买的，这是一种持股理念和持股信心的表现,让我们学习巴菲特，让天威成为我们的第一个“可口可乐”，第一个“华盛顿油报”吧。(目前整个中国的投资市场已经和前两年完全不同，股权分置改革完成，全流股的一步一步实现，已经为我们创造出长期持有优质个股的环境和机会）

    目前，天威和英利就是我手中的“可口可乐”，你呢？

freedom_pirate

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hjy66

支持一记,小散户太好了

calvinyang

好股，好的投资价值，逢低进入！

zzhhldgx

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小散户1

有关太阳能的专有名词

1、辐射测量 radiation measurement
1.1 世界辐射测量基准 WRR,
World Radiometric Reference
国际单位制体系中总辐照度的测量基准，其误差小于±0.3%。
注：1）参见世界气象组织气象观测仪器和方法指南。1983.9.1.3条。
2）WRR已被世界气象组织采用，并于1980年7月1日起生效。
3）为确保长期稳定性，WRR有一个组用至少4种不同的直射太阳辐射计组成（称为世界标准组）。它们保存在达活（瑞士）的世界气象组织的世界辐射中心。
1.2 辐射表 radiometer
测量辐射的仪表
注：取决于仪表的结构，仪表的读数将是辐照度或辐照量。
1.3 全辐射表 pyrradiometer
在一个平面上，测量2派球面度立体角内的全辐射的辐射表
1.4 总日射表 pyranometer
在一个平接收面上测量太阳辐照度的辐射表
1.5 太阳表 solarimeter
基于Moll-Gorczynski（摩尔—葛思佐斯基）的热电堆设计的特殊型总日射表
1.6 分光总日射表 spectral pyranometer
测量有限波长范围内的太阳辐射的仪表
1.7 直接日射表 pyrheliometer
用于测量法向入射的直射太阳辐照度的辐射表
注：在0.3μm到3μm波长范围内，其光谱响应约为常数，其接收角应小于 6°。
1.8 视场角 field-of-view angle
直射太阳辐射表的接收面中心和孔径边缘形成的几何圆锥的全角度
1.9 地球辐射表 pyrgeometer
在接收平面上测量长波辐照度的辐射表
注：其光谱范围与大气长波辐射相近，差别甚微。地面辐射表的光谱响应主要取决于其接收表面防护罩所用的材料。
1.10 日照计 heliograph
记录计及各种遮挡的太阳辐射达到一定强度时的时间间隔的仪表（WMO H0470）
注：直射辐照度的阈值为（120±24）W.m-2。（WMO 1981）
1.11 遮阳板 shade disk
可动的圆盘，安装在距辐射表的接收器固定距离的地方，用来庶挡照到接收器上的直射太阳辐射
1.12 遮阳环 shade ring
与地球赤道平面平行的圆环，用来遮挡照到辐射表接收器上的直射太阳辐射
注：这个圆环必须按规定的时间间隔进行调节，以校正太阳赤纬季节性的变化。


2 辐射特性和处理 radiation properties and processes
2.1 吸收比α absorptance,absorption factor
一个表面吸收的辐射功率与入射到该表面的辐射功率的比值
注：对于单波长的吸收比或对于一个波长范围的吸收比。
2.2 发射比ε emittance
一个物体的发射功率与同温度下黑体发射功率的比值
注：1）这个术语经常与发射率交替使用（ISO 316.21.1）
2）对单波长的发射比或对于一个波长范围的发射比。
2.3 反射比ρ reflectance,reflection factor
从一个表面反射的辐射功率与入射的辐射功率的比值。
注：对于单波长的反射比或对于一个波长范围的反射比。
2.4 反照率 albedo
一个表面反射的太阳辐射（辐射能或光能）与入射到该表面的太阳辐射的比值
注：这是一个对特定表面（通常是地球或云）的平均太阳反射比，一般在技术应用中不推荐使用，最好使用“反射比”这个术语。
2．5 透射比 τ transmittance，transmission factor
透过一个物体的辐射功率与人射功率的比值
注：对于单波长的透射比或对于一个波长范围的透射比。
2．6 非选择性表面nonselective surface
反射比、吸收比、透射比和发射比等光学特性对于短波和长波辐射均相同的表面，即光学特性基本上与波长无关的表面。
2．7 选择性表面 selective surface
反射比、吸收比、透射比和发射比等光学特性与波长有关的表面
注：在太阳集热器应用中经常使用在短波段具有高吸收比、在长波段具有低发射比的表面。
2．8 光学大气质量 AM optical air mass
来自天体的光束通过大气到达海平面的路径长度的度量，以垂直方向的路径长度作为参考
注：1）光学大气质量随太阳高度角和当地的大气压力而变化，大气压力随着海拔高度而变化。对于太阳天顶角θz≤62°当地的大气压为p,p。是标准大气压，则AM=p／(p。
cosθz）。
2）应区分光学大气质量和气象学上表示的大气延伸的“空气质量”术语，气象学上“空气质量”的物理性质，特别是温度和湿度，在水平面上只存在微小的和连续性的差异。
2．9 大气衰减 太阳辐射衰减 atmospheric attenuation，attenuation of solar radiation
当辐射束通过大气时，由于大气各组分的吸收或散射，其功率密度的减少（WMO A2740）
2．10 散射 scattering
辐射与物质之间发生与波长有关的相互作用，使辐射方向改变，但总能量和波长仍保持不变
2．11 大气吸收 atmospheric absorption
主要由于水汽．大气气体和污染物而产生的特定波长太阳辐射的吸收


3 室内和室外环境 indoor and outdoor climates
3．1 环境空气 ambient air
贮热装置．太阳集热器或有关的任何物体周围（室内或室外）的空气
3．2 风速 W wind speed（气象学）
空气速率
注：在当地的地平面以上10m的高度，用风速计测量风速，周围地面环境是平坦和开阔的，也就是说任何障碍物和风速计之间的水平距离至少是障碍物的高度10倍。
3．3 环境风速 v surrounding air speed
在集热器或集热系统附近特定的地方测量的空气速率
4 集热器类型 collector types
4．1 太阳集热器 solar collector，solar thermal collector
吸收太阳辐射并转换成热能，且传送到经过的传热流体的装置
注：不采用“板”（panel）这个术语，以免与光电池板相混淆。
4．2 液体集热器 liquid heating collector，liquid collector
以液体作为传热流体的太阳集热器
4．3 空气集热器 air collector，air heating collector
以空气作为传热流体的太阳集热器
4．4 平板集热器 fiat－plate collector
吸热体表面基本上是平板形状的非聚光型太阳
4．14 菲涅尔集热器 Fresnel collector
利用菲涅尔透镜使太阳辐射聚集到接收器上的聚光集热器
4．15 跟踪集热器 tracking collector
以绕单轴或双轴旋转的方式全天跟踪太阳运动的太阳集热器
注：分单轴或双轴跟踪两种形式。
4．16 真空集热器 evacuated collector
吸热体和盖板之间抽成真空的集热器
注：这种集热器的性能很大程度上取决干空间的真空压强。
4．17 真空管集热器 evacuated tube collector，evacuated tubular collector
采用透明管（常为玻璃管人在管壁与吸热体之间抽成真空的真空集热器
注：吸热体可以由内管或其它形状构成，以转移热能。
译注：7.17的英文定义，应指真空集热管（evacuated collector tube），而不是真空管集热器。
4．18 条状波形集热器 venetian blind collector
使用可动叶片吸收或反射辐射能量的空气加热太阳集热器.
5.集热器部件和相关量
5.1.吸热体 absorber
太阳集热器内吸收辐射能并将这能量以热量形式传输给流体的部件
5.2.吸热板 absorber plate
基本上为平板形状的吸热体
5.3.接收器 receiver
聚光集热器中最终接受太阳辐射的部件，它由透过辐射的任何附加玻璃窗及吸热体组成
5.4.采光口 aperture
太阳集热器允许非聚光太阳辐射通过的开口部分


6 太阳加热系统的类型
types of solar heating systms
6．1 太阳加热系统 solar heating system
太阳集热器及其它部件组成的输送热能的系统
6．2 只有太阳能系统 solar－only system
没有任何辅助热源的太阳加热系统
6．3 太阳能加辅助能源系统
solar-plus-suppl ementary system
太阳能和辅助能源集成的太阳加热系统，无论太阳能的供给多少，均可提供所需的热能
6．4 太阳能预热系统solar preheat system
在进人任何其他类型的水或空气加热器之前对水或空气进行预热的太阳加热系统
6．s 直流式系统 series-connected system
流体直接从供给点通过集热器加热后进入贮热装置或带辅助能源加热器或使用处的太阳加热系统
6．6 整体式系统ICS系统
integral collector-storage system，ICS system
太阳集热器同时作为贮热（水）装置的太阳加热系统
6．7 循环系统 circulating system
在系统运行期间，传热流体在集热器和贮热装置或热交换器之间进行循环的系统
注：循环是通过泵或风机或自然对流等方式进行的。
6．8 强制循环系统 forced—circulation system
利用泵或风机迫使传热流体通过集热器进行循环的系统
6．9 热虹吸系统 thermosiphon system
只利用传热流体的密度变化实现集热器和贮热装置之间或集热器和热交换器之间进行循环的系统
6．10 直接式系统 direct system
最终供用户消费的热水直接流经集热器的太阳加热系统
6．11封闭式系统
closed system，sealed system，unvented system
传热流体与大气完全隔绝的系统
6．12 敞开式系统 open system
传热流体与大气广泛接触的系统
参照开式系统9．14。
6．14 敞开式系统US open system US
符合9.13的敞开式系统或符合9.15的开口式系统
6．15 开口式系统 vented system
传热流体与大气的接触仅限于给水箱和膨胀水的自由表面或通气管开口的系统
6．16 紧凑式系统 close—coupled system
贮热装置邻近集热器安装的系统
6．17 分离式系统 remote-storage system
贮热装置与集热器分离开并相隔一定距离的系统
对照紧凑式系统9．16。
6．18 充满式系统filled system
系统中集热器始终充满着传热流体的系统
6．19 回流系统 drainback system
作为正常工作循环的一部分，当循环泵停止时，传热流体从集热器排放至贮热装置，而当循环泵重新运转时，传热流体又将充满集热器的太阳热系统
6．20 排放系统 draindown system
直接式太阳加热系统的集热器中排出不再使用的水，通常为了防冻
7 系统部件（除集热器外）及相关量 system components and related quantities (other than collectors)
7．1集热器回路 collector loop
用于将集热器中的热量传输到贮热器的回路，包括集热器、泵或风机、管路及热交换器（如果有的话）
7．2 辅助热源 auxiliary heat source
除太阳能外，用于补充太阳加热系统的热输出的热源
7．3 辅助加热器 auxiliary heater
由燃料或电能供热的器件或设备
7．4 附加能量 parasitic energy
在太阳加热系统中，泵、鼓风机和控制器所消耗的电能
7．5节能率 fractional energy savings
使用太阳加热系统节约的能量百分率。以太阳加热系统中消耗的附加能源/常规加热系统消耗的能源进行计算。式中假设两系统采用相同常规能源，在规定时间内向用户提供相等的、合适温度的热量。
7．6 太阳保证率 solar fraction
太阳加热系统中由太阳能提供的那一部分能量除以系统的总负荷
注：必须给定系统中太阳能部分和任何有关的损失，否则不能单独地确定太阳保证率。
7．7 太阳能贡献 solar contribution
系统中由太阳能部分所提供的能量
注：必须给定系统中太阳能部分和任何有关的损失，否则不能单独地确定太阳能贡献。
8 非太阳能专用术语 non-solar-specific
8．1 时间常数 time constant
一个指数过程终值的63.22％所经历的时间
8．2 倾角 tilt angle
水平面与指定平表面之间的夹角
8．3 方位 方位角 orientation，orientation angle
集热器（或建筑物）的朝向，以其表面法线在水平面上的投影的方位角表示
8．4 传热流体 heat transfer fluid
在系统内各部件间传输热能的流体
8．5 等效长度 equivalent length
在部件中具有相同压力降的管子或管道的直线段的长度
注：对于层流，等效长度是流量的函数
8．6 容水量 tank capacity，storage device capacity
贮水箱充满时测得的流体的体积
8．7 取水流量 water draw一off rate
从热水系统中取水的流量
8．8 负荷 load
提供给用户的热量，如以热水的形式
注：由于在输配系统中存在热损失，因此必须指定热输送的位置，以便确定负荷。
8．9 热电堆 thermopile
热电偶串联以提高测量小温差的分辨率
8．10 准确度 accuracy
（测量仪器）测量仪器给出接近真值的能力
注：准确度是定性的概念。
8．11 准确度 accuracy
（测量）测量结果与真实值的接近程度
注：l）准确度是定性概念。
2）“精度”（precision）不能用于“准确度”。
8．12 可重复性repeatability
（测量仪器）在相同的测量条件下，对同一样品多次测量，测量仪器重复给出十分相近示值的能力
注：可重复性可以用示值的离散特性定量地表示。
8．13 可重复性 repeatability
（测量结果）在相同测量条件下进行不断测量，所得的结果之间的接近程度
注：l）这些条件被称作“可重复性条件”。
2）可重复性可以用测量结果的离散特性定量地表示。
8．14 可再现性 reproducibility
（测量结果）在改变测量条件时，同一个测量结果之间接近的程度
注：l）有效的可再现性，需要说明改变的条件。
2）可再现性可以用测量结果的离散特性定量地表示。

小散户1

原帖由 zzhhldgx 于 2007-5-27 21:56 发表
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这个价位我不好作任何的买进或者卖出的建议
本贴只是我自己的一些学习笔记和摘录
仅供感兴趣的朋友们参考而已~~~~

小散户1

什么是太阳能级硅材料

太阳能级硅材料是纯度为6个9以上的高纯硅材料，即纯度为99.9999％以上的硅材料。

太阳能级硅如何制造

在半导体工业上主要有Siemens和流化床FBR(Fludized　Bed　Ractor)来制备高纯多晶硅材料,Siemens采用高纯SiHCl3作为原料，而FBR是采用SiH4为原料。对于太阳能级多晶硅，在过去的80年代里，包括Bayer　AG,　Siemens和Wacker等公司在内花费了相当大的努力开发太阳能级多晶硅，但是由于产量和纯度不能满足高效太阳电池的需要，与传统的电池生产技术相比并没有降低电池组件的成本，从而未能实现工业化。　
　　目前，有以下太阳能级多晶硅的制备工艺将会在未来的几年有所突破。Wacker　Chemie公司采用高纯SiHCl3和流化床过程来制备粒状高纯多晶硅。2003试验的产量为200吨/年，到2006年可达到年产600吨，其目标是每公斤多晶硅价格低于25美元/公斤，这种太阳能级多晶硅只用来供给光伏产业，由于纯度的原因，不能够应用与半导体工业。Tokuyama也采用SiHCl3为原料，并采用高温、高速沉积过程将多晶硅沉积到衬底上，预计将在2006年计划生产；德国的Solar　World　and　Degussa联合宣布采用SiH4热分解方法，在加热的硅圆柱体上得到太阳能级多晶硅；挪威的REC和美国的ASiMi将SiH4和Siemens方法制备高纯多晶硅的工艺改进，来制备太阳级多晶硅，产量预计2000吨/年；此外，日本的Kawasaki　Steel公司通过将冶金级硅提纯来制备太阳级硅，目前还处在试验工厂阶段，进行大规模生产的主要因素是多晶硅的纯度和材料的生产成本价格；美国的Crystal　Systems采用热交换炉法提纯冶金级硅，将冶金级硅的难以提纯的B、P杂质降到了一个理想的数值。美国可再生能源实验室和俄罗斯研究机构采用冶金级硅粉和乙醇反应，来制备SiH4，然后再将SiH4热分解制备高纯多晶硅，目前正处于研究阶段。
　　
硅锭如何拉制

目前主要有以下几种方法：
  •直拉法
  即切克老斯基法（Czochralski: Cz), 直拉法是用的最多的一种晶体生长技术。直拉法基本原理和基本过程如下：
  1.引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体；
  2.缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；
放肩：将晶体控制到所需直径；
  3.等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；
  4.收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；
  5.降温：降级温度，取出晶体，待后续加工
  6.最大生长速度：晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关。 提高晶体中的温度梯度，可以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。为了降低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度。
  7.熔体中的对流：相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的。所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布不均匀等。
    实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍，晶体和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。
  8.生长界面形状（固液界面）：固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状。
  9.连续生长技术：为了提高生产率，节约石英坩埚（在晶体生产成本中占相当比例），发展了连续直拉生长技术，主要是重新装料和连续加料两中技术：
  - 重新加料直拉生长技术：可节约大量时间（生长完毕后的降温、开炉、装炉等），一个坩埚可用多次。
  - 连续加料直拉生长技术：除了具有重新装料的优点外，还可保持整个生长过程中熔体的体积恒定，提高基本稳定的生长条件，因而可得到电阻率纵向分布均匀的单晶。连续加料直拉生长技术有两种加料法：连续固体送料和连续液体送料法。
  10.液体覆盖直拉技术：是对直拉法的一个重大改进，用此法可以制备多种含有挥发性组元的化合物半导体单晶。主要原理：用一种惰性液体（覆盖剂）覆盖被拉制材料的熔体，在晶体生长室内充入惰性气体，使其压力大于熔体的分解压力，以抑制熔体中挥发性组元的蒸发损失，这样就可按通常的直拉技术进行单晶生长。

  • 悬浮区熔法：
  主要用于提纯和生长硅单晶；其基本原理是：依靠熔体的表面张力，使熔区悬浮于多晶硅棒与下方生长出的单晶之间，通过熔区向上移动而进行提纯和生长单晶。具有如下特点：
  1.不使用坩埚，单晶生长过程不会被坩埚材料污染
  2.由于杂质分凝和蒸发效应，可以生长出高电阻率硅单晶

  • 多晶硅浇注法

    用于制备多晶硅太阳电池所用的硅原片，它是一种定向凝固法，晶体呈现片状生长过程和结构。

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太阳能光伏技术详解

1．太阳能概况

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。

70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。

自“六五”以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。

二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

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2．光伏效应

光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

产生这种电位差的机理有好几种，主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以P-N结为例说明。

热平衡态下的P-N结

P-N结的形成：

同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量ΔE很小，在室温下杂质差不多都电离成受主离子NA-和施主离子ND+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差，故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间，在N区的电子为多子，在P区的电子为少子，使电子由N区流入P区，电子与空穴相遇又要发生复合，这样在原来是N区的结面附近电子变得很少，剩下未经中和的施主离子ND+形成正的空间电荷。同样，空穴由P区扩散到N区后，由不能运动的受主离子NA-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区（也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层），于是出现空间电偶层，形成内电场（称内建电场）此电场对两区多子的扩散有抵制作用，而对少子的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳定的内建电场。

P-N结能带与接触电势差：

在热平衡条件下，结区有统一的EF；在远离结区的部位，EC、EF、Eν之间的关系与结形成前状态相同。

从能带图看，N型、P型半导体单独存在时，EFN与EFP有一定差值。当N型与P型两者紧密接触时，电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动，空穴流动的方向相反。同时产生内建电场，内建电场方向为从N区指向P区。在内建电场作用下，EFN将连同整个N区能带一起下移，EFP将连同整个P区能带一起上移，直至将费米能级拉平为EFN=EFP，载流子停止流动为止。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲，形成势垒。势垒高度等于N型、P型半导体单独存在时费米能级之差：

qUD=EFN-EFP

得

UD=(EFN-EFP)/q

q：电子电量

UD：接触电势差或内建电势

对于在耗尽区以外的状态：

UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)

NA、ND、ni：受主、施主、本征载流子浓度。

可见UD与掺杂浓度有关。在一定温度下，P-N结两边掺杂浓度越高，UD越大。

禁带宽的材料，ni较小，故UD也大。

光照下的P-N结

P-N结光电效应：           

当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。

实际上，并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命τp的时间内扩散距离为Lp，P区中电子在寿命τn的时间内扩散距离为Ln。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对P-N结光电效应无贡献。

光照下的P-N结电流方程：

与热平衡时比较，有光照时，P-N结内将产生一个附加电流（光电流）Ip，其方向与P-N结反向饱和电流I0相同，一般Ip≥I0。此时

I=I0eqU/KT - (I0+Ip)

令Ip=SE，则

I=I0eqU/KT - (I0+SE)

开路电压Uoc：

光照下的P-N结外电路开路时P端对N端的电压，即上述电流方程中I=0时的U值：

0=I0eqU/KT - (I0+SE)

Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0≈(KT/q)ln(SE/I0)

短路电流Isc：

光照下的P-N结，外电路短路时，从P端流出，经过外电路，从N端流入的电流称为短路电流Isc。即上述电流方程中U=0时的I值，得Isc=SE。

Uoc与Isc是光照下P-N结的两个重要参数，在一定温度下，Uoc与光照度E成对数关系，但最大值不超过接触电势差UD。弱光照下，Isc与E有线性关系。

a)无光照时热平衡态，NP型半导体有统一的费米能级，势垒高度为qUD=EFN-EFP。

b)稳定光照下P-N结外电路开路，由于光生载流子积累而出现光生电压Uoc不再有统一费米能级，势垒高度为q(UD-Uoc)。

c)稳定光照下P-N结外电路短路，P-N结两端无光生电压，势垒高度为qUD，光生电子空穴对被内建电场分离后流入外电路形成短路电流。

d)有光照有负载，一部分光电流在负载上建立起电压Uf，另一部分光电流被P-N结因正向偏压引起的正向电流抵消，势垒高度为q(UD-Uf)。

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3．太阳能电池
电池行业是２１世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。

太阳的光辉普照大地，它是明亮的使者，太阳的光除了照亮世界，使植物通过光合作用把太阳光转变为各种养分，供人们食用，产生纤维质供人们做衣服，生长木材给我们 建筑房屋以外，太阳的光还可以通过太阳能电池转变为电。太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”，用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。太阳能电池的奥妙就在这个“结”上，P－N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在P－N结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。

1953年美国贝尔研究所首先应用这个原理试制成功硅太阳电池，获得6%光电转换效率的成 果。太阳能电池的出现，好比一道曙光，尤其是航天领域的科学家，对它更是注目。这是由于当时宇宙空间技术的发展，人造地球卫星上天，卫星和宇宙飞船上的电子仪器和设备，需要足够的持续不断的电能，而且要求重量轻，寿命长，使用方便，能承受各种冲击、振动的影响。太阳能电池完全满足这些要求，1958年，美国的“先锋一号”人造卫星就是用了太阳能电池作为电源，成为世界上第一个用太阳能供电的卫星，空间电源的需求使太阳电池作为尖端技术，身价百倍。现在，各式各样的卫星和空间飞行器上都装上了布满太阳能电池的“翅膀”，使它们能够在太空中长久遨游。我国1958年开始进行太阳能电池的研制工作，并于1971年将研制的太阳能电池用在了发射的第二颗卫星上。以太阳能电池作为电源可以使卫星安全工作达20年之久，而化学电池只能连续工作几天。
空间应用范围有限，当时太阳电池造价昂贵，发展受到限。70年代初，世界石油危机促进了新能源的开发，开始将太阳电池转向地面应用，技术不断进步，光电转换效率提高，成本大幅度下降。时至今日，光电转换已展示出广阔的应用前景。
  
太阳能电池近年也被人们用于生产、生活的许多领域。从1974年世界上第一架太阳能电池飞机在美国首次试飞成功以来，激起人们对太阳能飞机研究的热潮，太阳能飞机从此飞速地发展起来，只用了六七年时间太阳能飞机从飞行几分钟，航程几公里发展到飞越英吉利海峡。现在，最先进的太阳能飞机，飞行高度可达2万多米，航程超过4000公里。另外，太阳能汽车也发展很快。
  
在建造太阳能电池发电站上，许多国家也取得了较大进展。1985年，美国阿尔康公司研制的太阳能电池发电站，用108个太阳板，256个光电池模块，年发电能力300万度。德国1990年建造的小型太阳能电站，光电转换率可达30％多，适于为家庭和团体供电。1992年美国加州公用局又开始研制一种“革命性的太阳能发电装置”，预计可供加州1／3的用电量。用太阳能电池发电确实是一种诱人的方式，据专家测算，如果能把撒哈拉沙漠太阳辐射能的1％收集起来，足够全世界的所有能源消耗。
在生产和生活中，太阳能电池已在一些国家得到了广泛应用，在远离输电线路的地方，使用太阳能电池给电器供电是节约能源降低成本的好办法 。芬兰制成了一种用太阳能电池供电的彩色电视机，太阳能电池板就装在住家的房顶上，还配有蓄电池，保证电视机的连续供电，既节省了电能又安全可靠。日本则侧重把太阳能电池应用于汽车的自动换气装置、空调设备等民用工业。我国的一些电视差转台也已用太阳能电池为电源，投资省，使用方便，很受欢迎。
  
当前，太阳能电池的开发应用已逐步走向商业化、产业化；小功率小面积的太阳能电池在一些国家已大批量生产，并得到广泛应用；同时人们正在开发光电转换率高、成本低的太阳能电池；可以预见，太阳能电池很有可能成为替代煤和石油的重要能源之一，在人们的生产、生活中占有越来越重要的位置。

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4．多晶硅及其他光电转换材料

光伏效应

现代工业的发展，一方面加大对能源的需求，引发能源危机；另一方面在常规能源的使用中释放出大量的二氧化碳气体，导致全球性的“温室效应”。为此各国力图摆脱对常规能源的依赖，加速发展可再生能源。作为最理想的可再生能源，太阳能具有“取之不尽，用之不竭”的特点，而利用太阳能发电具有环保等优点，而且不必考虑其安全性问题。所以在发达国家得到了高度重视，欧洲联盟国家计划在２０１０年太阳能光电转换的电力占所有总电力的1.5％，美国启动了“百万屋顶”计划。在能源短缺，环境保护问题日益严重的我国，低成本高效率地利用太阳能尤为重要。
  
太阳能电池就是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置。常规太阳电池简单装置如图1所示。当N型和P型两种不同型号的半导体材料接触后，由于扩散和漂移作用，在界面处形成由P型指向N型的内建电场。当光照在太阳电池的表面后，能量大于禁带宽度的光子便激发出电子和空穴对，这些非平衡的少数载流子在内电场的作用下分离开，在电池的上下两极累积，这样电池便可以给外界负载提供电流。

从本世纪70年代中期开始了地面用太阳电池商品化以来，晶体硅就作为基本的电池材料占据着统治地位，而且可以确信这种状况在今后20年中不会发生根本的转变。以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池，铸造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较厉害；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定得转换的效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只能处在研发阶段。目前，铸造多晶硅太阳能电池已经取代直拉单晶硅成为最主要的光伏材料。但是铸造多晶硅太阳能电池的转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属被认为是电池转换效率较低的关键原因，因此关于铸造多晶硅中缺陷和杂质规律的研究，以及工艺中采用合适的吸杂，钝化工艺是进一步提高铸造多晶硅电池的关键。另外，寻找适合铸造多晶硅表面织构化的湿化学腐蚀方法也是目前低成本制备高效率电池的重要工艺。
  
从固体物理学上讲，硅材料并不是最理想的光伏材料，这主要是因为硅是间接能带半导体材料，其光吸收系数较低，所以研究其他光伏材料成为一种趋势。其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)被认识是两种非常有前途的光伏材料，而且目前已经取得一定的进展，但是距离大规模生产，并与晶体硅太阳电池抗衡需要大量的工作去做。

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5．晶体硅太阳电池及材料

引言

1839年，法国Becqueral第一次在化学电池中观察到光伏效应。1876年，在固态硒（Se）的系统中也观察到了光伏效应，随后开发出Se／CuO光电池。有关硅光电他的报道出现于1941年。贝尔实验室Chapin等人在1954年开发出效率为6％的单晶硅光电池，现代硅太阳电池时代从此开始。硅太阳电他于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10多年里，硅太阳电池在空间应用不断扩大，工艺不断改进，电他设计逐步定型。这是硅太阳电池发展的第一个时期。第二个时期开始于70年代初，在这个时期背表面场、细栅金属化、浅结表面扩散和表面织构化开始引人到电池的制造工艺中，太阳电池转换效率有了较大提高。与此同时，硅太阳电池开始在地面应用，而且不断扩大，到70年代未地面用太阳电池产量已经超过空间电池产量，并促使成本不断降低。 80年代初，硅太阳电他进入快速发展的第三个时期。这个时期的主要特征是把表面钝化技术、降低接触复合效应、后处理提高载流子寿命、改进陷光效应引入到电他的制造工艺中。以各种高效电池为代表，电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大。

在太阳电他的整个发展历程中，先后出现过各种不同结构的电池，如肖特基（Ms）电池，M1S电池，MINP电他；异质结电池（如ITO（n）／Si（p），a-Si／c-Si，Ge／Si）等，其中同质p-n结电池结构自始至终占主导
地位，其它结构对太阳电他的发展也有重要影响。

以材料区分，有晶硅电池，非晶硅薄膜电池，铜钢硒（CIS）电池，磅化镐（CdTe）电池，砷化稼电他等，而以晶硅电池为主导，由于硅是地球上储量第二大元素，作为半导体材料，人们对它研究得最多、技术最成熟，而
且晶硅性能稳定、无毒，因此成为太阳电池研究开发、生产和应用中的主体材料。

1   晶硅电他的技术发展

1．1地面应用推动各种新型电池的出现和发展

  晶硅电池在70年代初引入地面应用。在石油危机和降低成本的推动下，太阳电池开始了一个蓬勃发展时期，这个时期不但出现了许多新型电池，而且引入许多新技术。例如：
  （1）背表面电场（BSF）电池——在电他的背面接触区引入同型重掺杂区，由于改进了接触区附近的收集性能而增加电他的短路电流；背场的作用可以降低饱和电流，从而改善开路电压，提高电池效率。
  （2）紫光电他一一这种电池最早（1972）是为通信卫星开发的。因其浅结（0．1一0．2µm）密栅（30／cm）、减 反射（Ta2O5—短波透过好）而获得高效率。在一段时间里，浅结被认为是高效的关键技术之一而被采用。
  （3）表面织构化电池——也称绒面电池，最早（1974）也是为通讯卫星开发的。其AM0时电池效率η≥15％，AMI时η＞18％。这种技术后来被高效电他和工业化电池普遍采用。
  （4）异质结太阳电池——即不同半导体材料在一起形成的太阳电池J瞩SnO／Si，In20／Si，（1n203十SnO2／Si电池等。由于SnO2、In2O3、（In2O3＋SnO2）等带隙宽，透光性好，制作电池工艺简单，曾引起许多研究者的兴趣。目前因效率不高等问题研究者已不多，但SnO2、In2O3、（1n2O3＋SnO2）是许多薄膜电他的重要构成部分，作收集电流和窗口材料用。
  （5）M1S电池——是肖特基（MS）电他的改型，即在金属和半导体之间加入1．5一3．0nm绝缘层，使MS电池中多子支配暗电流的情况得到抑制，而变成少子隧穿决定暗电流，与pn结类似。
  其中i层起到减少表面复合的作用。经过改进的M1S电池正面有20一40µm的SiO2膜，在膜上真空蒸发金属栅线，整个表面再沉积SiN薄膜。SiN薄膜的作用是：①保护电池，增加耐候性；②作为减反射层（ARC）；降低薄膜复合速度：①在p-型半导体一侧产生一个n型导电反型层。对效率产生决定性影响的是在介电层中使用了银。该电池优点是工艺简单，但反型层的薄层电阻太高。
  （6）MINP电池——可以把这种电池看作是M1S电池和p一n结的结合，其中氧化层对表面和晶界复合起抑制作用。这种电池对后来的高效电池起到过渡作用。
  （7）聚光电池——聚光电他的特点是电池面积小，从而可以降低成本，同时在高光强下可以提高电池开路电压，从而提高转换效率，因此聚光电池一直受到重视。比较典型的聚光电池是斯但福大学的点接触聚电池，其结构与非聚光点接触电池结构相同，不同处是采用200 Ωcm高阻n型材料并使电池厚度降低到100一160tLm，使体内复合进一步降低。这种电池在140个太阳下转换效率达到26．5％。

1．2晶硅太阳电池向高效化和薄膜化方向发展

晶硅电池在过去20年里有了很大发展，许多新技术的采用和引入使太阳电池效率有了很大提高。在早期的硅电池研究中，人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，如背表面场，浅结，绒面，氧化膜钝化，Ti／Pd金属化电极和减反射膜等。后来的高效电池是在这些早期实验和理论基础上的发展起来的。

1．2．1单晶硅高效电池

单晶硅高效电池的典型代表是斯但福大学的背面点接触电池（PCC），新南威尔士大学（UNSW）的钝化发射区电池（PESC，PERC，PERL以及德国Fraumhofer太阳能研究所的局域化背表面场（LBSF）电池等。
我国在“八五”和“九五”期间也进行了高效电池研究，并取得了可喜结果。近年来硅电他的一个重要进展来自于表面钝化技术的提高。从钝化发射区太阳电池（PESC）的薄氧化层（＜10nm）发展到PCC／PERC／PER1。电池的厚氧化层（110nm）。热氧化钝化表面技术已使表面态密度降到
10卜cm2以下，表面复合速度降到100cm／s以下。此外，表面V型槽和倒金字塔技术，双层减反射膜技术的提高和陷光理论的完善也进一步减小了电池表面的反射和对红外光的吸收。低成本高效硅电池也得到了飞速发展。
    （1）新南威尔士大学高效电池
    （A）钝化发射区电池（PESC）：PESC电池1985年问世，1986年V型槽技术又被应用到该电池上，效率突破20％。V型槽对电他的贡献是：减少电池表面反射；垂直光线在V型槽表面折射后以41”角进入硅片，使光生载流子更接近发射结，提高了收集效率，对低寿命衬底尤为重要；V型槽可使发射极横向电阻降低3倍。由于PESC电他的最佳发射极方块电阻在150 Ω／口以上，降低发射极电阻可提高电池填充因子。
  在发射结磷扩散后，…m厚的Al层沉积在电他背面，再热生长10nm表面钝化氧化层，并使背面Al和硅形成合金，正面氧化层可大大降低表面复合速度，背面Al合金可吸除体内杂质和缺陷，因此开路电压得到提高。早期PESC电池采用浅结，然而后来的研究证明，浅结只是对没有表面钝化的电他有效，对有良好表面钝化的电池是不必要的，而氧化层钝化的性能和铝吸除的作用能在较高温度下增强，因此最佳PEsC电他的发射结深增加到1µm左右。值得注意的是，目前所有效率超过20％的电池都采用深结而不是浅结。浅结电池已成为历史。
  PEsC电池的金属化由剥离方法形成Ti-pd接触，然后电镀Ag构成。这种金属化有相当大的厚／宽比和很小的接触面积，因此这种电池可以做到大子83％的填充因子和20．8％（AM1．5）的效率。
    （B）钝化发射区和背表面电池（PERC）：铝背面吸杂是PEsC电池的一个关键技术。然而由于背表面的高复合和低反射，它成了限制PESC电池技术进一步提高的主要因素。PERC和PERL电池成功地解决了这个问题。它用背面点接触来代替PEsC电他的整个背面铝合金接触，并用TCA（氯乙烷）生长的110nm厚的氧化层来钝化电他的正表面和背表面。TCA氧化产生极低的界面态密度，同时还能排除金属杂质和减少表面层错，从而能保持衬底原有的少子寿命。由于衬底的高少子寿命和背面金属接触点处的高复合，背面接触点设计成2mm的大间距和2001Lm的接触孔径。接触点间距需大于少子扩散长度以减小复合。这种电池达到了大约700mV的开路电压和22．3％的效率。然而，由于接触点间距太大，串联电阻高，因此填充因子较低。
    （C）钝化发射区和背面局部扩散电池（PERL）：在背面接触点下增加一个浓硼扩散层，以减小金属接触电阻。由于硼扩散层减小了有效表面复合，接触点问距可以减小到250µm、接触孔径减小到10µm而不增加背表面的复合，从而大大减小了电他的串联电阻。PERL电池达到了702mV的开路电压和23．5％的效率。PERC和PER1。电池的另一个特点是其极好的陷光效应。由于硅是间接带隙半导体，对红外的吸收系数很低，一部分红外光可以穿透电池而不被吸收。理想情况下入射光可以在衬底材料内往返穿过4n2次，n为硅的折射率。PER1。电池的背面，由铝在SiO2上形成一个很好反射面，入射光在背表面上反射回正表面，由于正表面的倒金字塔结构，这些反射光的一大部分又被反射回衬底，如此往返多次。Sandia国家实验室的P。Basore博士发明了一种红外分析的方法来测量陷光性能，测得PERL电池背面的反射率大于95％，陷光系数大于往返25次。因此PREL电他的红外响应极高，也特别适应于对单色红外光的吸收。在1．02µm波长的单色光下，PER1。电他的转换效率达到45．1％。这种电池AM0下效率也达到了20．8％。
  （D）埋栅电池：UNSW开发的激光刻槽埋栅电池，在发射结扩散后，用激光在前面刻出20µm宽、40µm深的沟槽，将槽清洗后进行浓磷扩散。然后在槽内镀出金属电极。电极位于电池内部，减少了栅线的遮蔽面积。电池背面与PESC相同，由于刻槽会引进损伤，其性能略低于PESC电池。电他效率达到19．6％。
  （2）斯但福大学的背面点接触电池（PCC）                        
  点接触电他的结构与PER1。电池一样，用TCA生长氧化层钝化电池正反面。为了减少金属条的遮光效应，金属电极设计在电池的背面。电池正面采用由光刻制成的金字塔（绒面）结构。位于背面的发射区被设计成点状，50µm间距，10µm扩散区，5µm接触孔径，基区也作成同样的形状，这样可减小背面复合。衬底采用n型低阻材料（取其表面及体内复合均低的优势），衬底减薄到约100µm，以进一步减小体内复合。这种电他的转换效率在AM1．5下为22．3％。
  （3）德国Fraunhofer太阳能研究所的深结局部背场电池（LBSF）
  LBSF的结构与PERL电池类似，也采用TCA氧化层钝化和倒金字塔正面结构。由于背面硼扩散一般造成高表面复合，局部铝扩散被用来制作电池的表面接触，2cmX2cm电池电池效率达到23．3％（Voc=700mV，Isc－～41．3mA，FF一0．806）。
  （4）日本sHARP的C一Si／µc-Si异质pp+结高效电池
  SHARP公司能源转换实验室的高效电池，前面采用绒面织构化，在SiO2钝化层上沉积SiN为A只乙后面用RF-PECVD掺硼的µc一Si薄膜作为背场，用SiN薄膜作为后表面的钝化层，Al层通过SiN上的孔与µcSi薄膜接触。5cmX5cm电他在AM1．5条件下效率达到21．4％（Voc＝669mV，Isc＝40.5mA，FF=0．79）。
  （5）我国单晶硅高效电池
  天津电源研究所在国家科委“八五”计划支持下开展高效电池研究，其电池结构类似UNSw的V型槽PEsC电池，电池效率达到20．4％。北京市太阳能研究所“九五”期间在北京市政府支持下开展了高效电池研究，电池前面有倒金字塔织构化结构，2cmX2cm电池效率达到了19．8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋栅电池效率达到了18．6％。

1．3多晶硅高效电池

多晶硅太阳电他的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，设备比较简单，制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。晶界及杂质影响可通过电他工艺改善；由于材质和晶界影响，电池效率较低。电池工艺主要采用吸杂、钝化、背场等技术。
  
近年来吸杂工艺再度受到重视，包括三氯氧磷吸杂及铝吸杂工艺。吸杂工艺也在微电子器件工艺中得到应用，可见其对纯度达到一定水平的单晶硅硅片也有作用，但其所用的条件未必适用于太阳电他，因而要研究适合太阳电池专用的吸杂工艺。研究证明，在多晶硅太阳电池上，不同材料的吸杂作用是不同的，特别是对碳含量高的材料就显不出磷吸杂的作用。有学者提出了磷吸杂模型，即吸杂的速率受控干两个步骤：①金属杂质的释放／扩散决定了吸杂温度的下限；②分凝模型控制了吸杂的最佳温度。另有学者提出，在磷扩散时硅的自间隙电流的产生是吸杂机制的基本因素。

  常规铝吸杂工艺是在电池的背面蒸镀铝膜后经过烧结形成，也可同时形成电他的背场。近几年在吸杂上的工作证明，它对高效单晶硅太阳电池及多晶硅太阳电池都会产生一定的作用。
  钝化是提高多晶硅质量的有效方法。一种方法是采用氢钝化，钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。氢钝化可采用离子注入或等离子体处理。在多晶硅太阳电池表面采用pECVD法镀上一层氮化硅减反射膜，由于硅烷分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。
  在高效太阳电池上常采用表面氧钝化的技术来提高太阳电他的效率，近年来在光伏级的晶体硅材料上使用也有明显的效果，尤其采用热氧化法效果更明显。使用PECVD法在更低的温度下进行表面氧化，近年来也被使用，具有一定的效果。
  多晶硅太阳电他的表面由于存在多种晶向，不如（100）晶向的单晶硅那样能经由腐蚀得到理想的绒面结、构，因而对其表面进行各种处理以达减反射的作用也为近期研究目标，其中采用多刀砂轮进行表面刻槽，对10cmX10cm面积硅片的工序时间可降到30秒，具有了一定的实用潜力。
  多孔硅作为多晶硅太阳电他的减反射膜具有实用意义，其减反射的作用已能与双重减反射膜相比，所得多晶硅电他的效率也能达到13。4％。我国北京有色金属研究总院及中科院感光化学研究所共同研制的在丝网印刷的多晶硅太阳电池上使用多孔硅也已达到接近实用的结果。
  由于多晶硅材料制作成本低于单晶硅cZ材料，因此多晶硅组件比单晶硅组件具有更大的降低成本的潜力，因而提高多晶硅电池效率的研究工作也受到普遍重视。近10年来多晶硅高效电他的发展很快，其中比较有代表性的工作是Geogia Tech．电池，UNSW电池，Kysera电池等。
  （1）Geogia Tech．电池
  Geogia工业大学光伏中心使用电阻率0.65 Ωcm、厚度280µm的HEM（热交换法）多晶硅片制作电池，n+发射区的形成和磷吸杂结合，采用快速热过程制备铝背场，用lift一off法制备Ti／Pd／Ag前电极，并加双层减反射膜。1cm2电他的效率AM1.5下达到18．6％。
  （2）UNSw电池
  uNsw光伏中心的高效多晶硅电池工艺基本上与PER1。电池类似，只是前表面织构化不是倒金字塔,而是用光刻和腐蚀工艺制备的蜂窝结构。多晶硅片由意大利的Eurosolare提供，lcm2电他的效率AMI·5下,达到19.8％，这是目前水平最高的多晶硅电他的研究结果。该工艺打破了多晶硅电池不适合采用高温过程
的传统观念。
  （3）Kysera电池
  日本ky0cera公司在多晶硅高效电池上采用体钝化和表面钝化技术，PECVDSiN膜既作为减反射膜，又作为体钝化措施，表面织构化采用反应性粒子刻边技术。背场则采用丝印铝奖烧结形成。电池前面栅线也采用丝印技术。15cmX15cm大面积多晶硅电池效率达17．1％。目前日本正计划实现这种电池的产业化。
  （4）我国多晶硅电他
  北京有色金属研究总院在多晶硅电池方面作了大量研究工作，目前10cmX10cm电池效率达到11．8％。北京市太阳能研究所在“九五”期间开展了多晶硅电池研究，1cm2电池效率达到14·5％。我国中试生产的10cmX10cm多晶硅太阳电他的效率为10一11％，最高效率为12％。

1．4多晶硅薄膜电池

自70年代以来，为了大幅度降低太阳电池的成本，光伏界一直在研究开发薄膜电池，并先后开发出非晶硅薄膜电他，硫化镐（CdTe）电他，铜钢硒（C1S）电池等。特别是非晶硅电池，80年代初一问世，很快实现了商业化生产。1987年非晶硅电他的市场份额超过40％。但非晶硅电池由于效率低、不稳定（光衰减），市场份额逐年降低，1998年市场份额降为13％。cdTe电池性能稳定，但由于资源有限和Cd毒性大，近10年来市场份额一直维持在：13％左右；c1S电他的实验室效率不断攀升：最近达到18．％，但由于中试产品的重复性和一致性没有根本解决，产业化进程一再推后，至今仍停留在实验室和中试阶段；与此同时，晶体硅电池效率不断提高，技术不断改进，加上晶硅稳定，无毒，材料资源丰富，人们开始考虑开发多晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜电池既具有晶硅电他的高效、稳定、无毒和资源丰富的优势，又具有薄膜电池工艺简单、节省材料、大幅度降低成本的优点，因此多晶硅薄膜电池的研究开发成为近几年的热点。另一方面，采用薄片硅技术，避开拉制单晶硅或浇铸多晶硅、切片的昂贵工艺和材料浪费的缺点，达到降低成本的目的。严格说，后者不属于薄膜电他技术，只能算作薄片化硅电池技术。
  （1）CVD多晶硅薄膜电池
  各种cvD（PECVD，RTCVD，cat一CVD，Hot一wire CVD等）技术被用来生长多晶硅薄膜，在实验室内有些技术获得了重要的结果。例如日本kaneka公司采用PECVD技术在550℃以下和玻璃衬底上制备出具有pin结构的多晶硅薄膜电池，电池总厚度约2尸m，效率达到10％；德国Fraunhofer太阳能研究所使用SiO2和siN包覆陶瓷或sic包履石墨为衬底，用快速热化学气相沉积（RTCVD）技术沉积多晶硅薄膜，硅膜经过区熔再结晶（ZMR）后制备太阳电池，两种衬底的电池效率分别达到9．3％和11％。
  北京市太阳能研究所自1996年开始开展多晶硅薄膜电他的研究工作。该所采用RTCVD技术在重掺杂非活性硅衬底上制备多晶硅薄膜和电池，1cm2电池效率在AM1．5条件下达到13.6％，目前正在向非硅质衬底转移。
  （2）多层多晶硅薄膜电池
  uNSW1994年提出一种多层多晶硅薄膜电他的概念和技术，1994年与Pacific Power公司合作成立kcifiC sO1ar公司开发这种电池。最近报道，该公司已经生产出30cmX40cm的中试电池组件。薄膜采用CVD 工艺沉积，衬底为玻璃，通过激光刻槽和化学镀实现接触、互联和集成。据称，电池组件的主要成本是封装玻璃，商业化后的发电成本可与煤电相比。
2太阳电池用晶硅材料

2．1现用太阳电池硅材料

  目前全世界光伏工业晶体硅太阳电池所用的晶锭的投炉料，都采用半导体工业的次品硅及其单晶硅的头尾料，其总量约占半导体工业生产硅料的1／10，约为1000～1200吨／年。这种硅料的纯度大部分仍在6N到7N，价格依其品位约在10一20美元／kg。目前半导体工业用的投炉多晶硅料是采用三氯氢硅精馏法（西门子法）生产的，采用改进的西门子法并扩大规模进行生产是未来降低成本的有效措施之一。
  由于经费制约，我国太阳级硅的研究工作限于较简易的化学与物理提纯。化学提纯是将纯度较高的冶金级硅（99％）加工成细颗粒后，使用盐酸、王水、氢氟酸等进行酸洗革取，可将含铁量降到200ppm量级，然后再进行二次定向凝固（早期使用二次直拉），将含铁量降到0．3ppm量级，但其纯度及成本均未能达到要求。我国具有纯度高的石英砂资源，并生产大量冶金级硅供应出口，采用冶金硅精炼的方法生产太阳级硅将来具有潜力。

2．1．1单晶硅材料

  单晶硅材料制造要经过如下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。
  硅主要以siO2形式存在于石英和砂子中。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。该过程能量消耗很高，约为14kwh／kg，因此硅的生产通常在水电过剩的地方（挪威，加拿大等地）进行。这样被还原出来的硅的纯度约98％一99％，称为冶金级硅（MG一Si）。大部分冶金级硅用于制铁和制铝工业。目前全世界冶金级硅的产量约为50万吨／年。半导体工业用硅占硅总量的很小一部分，而且必须进行高度提纯。电子级硅的杂质含量约10-10％以下。
典型的半导体级硅的制备过程：粉碎的冶金级硅在硫化床反应器中与HCI气体混合并反应生成三氯氢硅和氢气，Si＋3HCI→SiHC13＋H2。由于SiHC13在30℃以下是液体，因此很容易与氢气分离。接着，通过精馏使
SiHC13与其它氯化物分离，经过精馏的SiHCl3，其杂质水平可低于10-10％的电子级硅要求。提纯后的SiHC13通过CVD原理制备出多晶硅锭。
  基于同样原理可开发出另一种提纯方法，即在硫化床反应器中，用Si烷在很小的Si球表面上原位沉积出Si。此法沉积出的Si粉未颗粒只有十分之几毫米，可用作CZ直拉单晶的投炉料或直接制造Si带。
  拉制单晶有CZ法（柑祸拉制）和区熔法两种。CZ法因使用石英柑蜗而不可避免地引入一定量的氧，对大多数半导体器件来说影响不大，但对高效太阳电池，氧沉淀物是复合中心，从而降低材料少子寿命。区熔法可以获得高纯无缺陷单晶。常规采用内圆切割（ID）法将硅锭切成硅片，该过程有50％的硅材料损耗，成本昂贵。现在已经开发出多线切割法，可以切出很薄（～100Pm）的硅片，切割损失小（～30％），硅片表面切割损伤轻，有利于提高电池效率，切割成本低。

2．1．2多晶硅材料

  由于硅材料占太阳电池成本中的绝大部分，降低硅材料的成本是光伏应用的关键。浇铸多晶硅技术是降低成本的重要途径之一，该技术省去了昂贵的单晶拉制过程，也能用较低纯度的硅作投炉料，材料及电能消耗方面都较省。
  （1）铸锭工艺
  铸锭工艺主要有定向凝固法和浇铸法两种。定向凝固法是将硅料放在柑塌中加以熔融，然后将柑塌从热场中逐渐下降或从增蜗底部通上冷源以造成一定的温度梯度，使固液界面从柑蜗底部向上移动而形成晶锭。定向凝固法中有一种称为热交换法（HEM），在柑祸底部通入气体冷源来形成温度梯度。浇铸法是将熔化后的硅液从增祸中倒入另一模具中凝固以形成晶锭，铸出硅锭呈方形，切成的硅片一般尺寸为10cmXl0cm，平均晶粒尺寸从毫米到厘米。
  铸锭法中需要解决的主要问题是：（1）盛硅容器的材质。国为硅熔体冷凝时会牢固地粘附在柑祸的内壁，若两者的膨胀系数不同，硅固化时体积增加9％，会使硅锭产生裂纹或破碎。此外，熔化硅几乎能与所有材料起化学反应，因而柑祸对硅料的污染必须控制在太阳级硅所允许的限度以内。（2）晶体结构。用调整热场等方法控制晶体结构，以生长出大小适当（数毫米）的具有单向性的晶粒，并尽量减少晶体中的缺陷，这样才有可能制成效率较高的电池。
    近年来，铸锭工艺主要朝大锭的方向发展。技术先进的公司生产的铸锭多在55cmX55cm（锭重150kJ左右，目前65cmX65cm（锭重230kJ的方形硅锭也已被铸出，铸锭时间在3一43h范围，切片前硅材料的实收率可达到83．8％。大型铸锭炉多采用中频加热，以适应大形硅锭及工业化规模。与此同时，硅锭质量也得到明显的改进，经过工艺优化和柑蜗材质改进，使缺陷及杂质、氧、碳含量减少。在晶体生长中固液界面的形状会影响晶粒结构的均匀性与材料的电性能，一般而言，水平形状的固液界面较好。由于硅锭整体质量的提高，使硅锭的可利用率得到明显提高。
  由于铸锭中采用低成本的柑祸及脱模涂料，对硅锭的材质仍会造成影响。近年来电磁法（EMC）被用来进行铸锭试验，方法是投炉硅料从上部连续加到熔融硅处，而熔融硅与无底的冷柑涡通过电磁力保持接触，同时固化的硅被连续地向下拉。冷增涡用水冷的铜涡来形成。目前该工艺已铸出截面为220mmX220mm的长硅锭，铸锭的材质纯度比常规硅锭高。生产性的铸锭炉已铸造出500kg的硅锭，锭的截面为350mmX350mm，2． 2m长，固化率为1mm／min。固化及冷却时所产生的热应力是影响硅锭质量的主要参数，应不断优化和改进。该法能否正式进入工业化生产仍在实验评估中。
  我国在80年代初就开始了多晶硅材料和太阳电池研究，进行铸锭材料研究的有北京有色金属研究总院、上海有色金属研究所、复旦大学；其中上海有色所采用的是浇铸法，北京有色院及复旦大学采用的是定向凝固法，并铸出了15kg重、220mmX220mmX140mm的硅锭。国家“九五”计划安排了100kg级硅锭的引进消化任务。
  （2）多晶硅结构及材料性能
  采用计算机图象仪可对硅片缺陷及少子寿命等参数进行面扫描，这对观察多晶硅材料性能、结构及进行系统分析具有很大帮助。针对特有的铸锭工艺来分析氧、碳含量及其对电性能的影响是提高硅片质量的重要手段。在扫描电镜上加EB1C（电子束感应电流法）功能部件对样品进行扫描对了解晶体硅电池因缺陷、晶界、杂质的局部影响十分有效。
  （3）硅片加工技术
  常规的硅片切割采用内圆切片机，其刀损为0．3一0． 35mm，使晶体硅切割损失较大，且大硅片不易切得很薄。近几年，多线切割机的使用对晶体硅片的成本下降具有明显作用。多线切割机采用钢丝带动碳化硅磨料来进行切割硅片，切损只有0． 22mm，硅片可切薄到0． 2mm，且切割的损伤小，可减少腐蚀的深度。一般可减少V4硅材料的损失。目前先进的大公司基本上都采用该设备。一台设备可切割2一4MW／年的硅片。近期研究出可将85％的碳化硅磨料及油液经过离心机分离后重复使用工艺，可进一步降低材料消耗。

2．2带状多晶硅制造技术

  为了减少切片损失，在过去几十年里开发过很多种制造片状硅或带硅的技术。在80年代国际上曾出现过很多种生长硅带的方法，但大部分都处于实验室阶段，其原因是：（1）在高温过程中通过设备引入了过多杂质，达不到要求的纯度；（2）在再结晶过程中要求的高冷却速率会使晶体中产生过多的缺陷。在生长速度与硅带质量之间寻找平衡，其降低成本的技术难度比晶锭硅高。下边介绍几种比较成熟的带硅技术。
（1）限边喂膜（Edge deifined film growth）带硅技术
  该技术的工艺过程如下：采用适当的石墨模具从熔硅中直接拉出正八角硅筒，正八角的边长比10cm略长，总管径约30cm，管壁厚度（硅片厚）与石墨模具毛细形状、拉制温度和速度有关，约200一400tLm，管长约5m。采用激光切割法将硅管切成10cmXl0cm方形硅片。电池工艺中采用针头注入法制备电池栅线，其它工艺与常规电池工艺相同。电他效率13％一15％。该技术目前属于ASE公司所有，商品化生产规模是4MW／年，正计划扩产。
（2）枝蔓践状带硅技术
  在生长硅带时两条枝蔓晶直接从柑蜗熔硅中长出，由于表面张力的作用，两条枝晶的中间会同时长出一层如践状的薄片，所以称为践状晶。切去两边的枝晶，用中间的片状晶制作太阳电池。践状晶在各种硅带中质量最好，但其生长速度相对较慢。
  我国在70年代初就拉制出无位错的躇状晶。在80年代中期北京有色金属研究院在国家自然科学基金支持下开展了用碳网作支持物，从横向拉制硅带的工作，并研制出了设备（研究工作在80年代未中止）。我国西北工业大学进行了滴硅旋转法——即用电磁法熔化硅、然后将硅液滴到旋转模具上以形成硅片的探索性研究，并达到了一定的水平。
（3）De1aware大学多晶片状硅制造技术
  该技术基于液相外延工艺，衬底为廉价陶瓷。陶瓷衬底可以重复使用。在电池制作中采用了Al和POC13，吸杂和低温PECVD-Si3N4，钝化技术，后者提供了体钝化和发射区钝化。lcm2电池效率达到15·6％。De1aware大学和Austropower公司合作通过了中试产业化技术。
（4）小硅球太阳电池
  硅球的平均直径为L2mm，约有2万个小球镶在100cm2的铝箔上以形成太阳电池，每个小球具有p/n结，这么多的小球在铝箔上形成并联的结构，100cm2面积的电池效率可达到10％。原则上可使用冶金级的小硅球，一方面小硅球本身也容易进行提纯。该方法在技术上具有一定的特色，但要降低成本在技术上仍有许多困难。该方法在90年代初发展起来，但近几年其研究与发展陷于停顿状态。我国复旦大学也曾对这种太阳电池工艺进行了探索性实验，掌握了基本技术的要点。

2．3太阳级硅

    美国、德国、日本的许多家公司在80年代未停止了太阳级硅的研究，主要是因为技术进展缓慢，同时有大量低成本半导体工业次品硅可供利用。另一方面，太阳级硅生产的经济规模约为1000吨／年，成本可降到
20美元／kg，而目前光伏工业每年的需求量只有400一500吨。当光伏工业的用量达到一定的水平，而半导体工业为其提供不了低价的次品硅料时，太阳级硅才能进行正式生产。
  一种目前制造太阳级硅的主要方法是使用精炼的冶金级硅，采用电子束加热真空抽除法去除磷杂质，然后凝固，再采用等离子体氧化法去除硼及碳，再凝固。采用水蒸气混合的冠等离子体可将硼含量降到0·lppm的水平，经过再凝固硅中的金属杂质含量可降到ppb的水平。用此太阳级硅制成的常规工艺电他的最高效率可达到14％，高效工艺制的电他的最高效率可达到16％。此太阳级硅已进入每年生产60吨的中试阶段。
  由于经费制约，我国太阳级硅的研究工作限于较简易的化学与物理提纯。化学提纯是将纯度较高的冶金级硅（99％）加工成细颗粒后，使用盐酸、王水、氢氟酸等进行酸洗革取，此步可将含铁量降到200ppm量级，然后再进行二次定向舒固（早期使用二次直拉），可将含铁量降到0．3ppm量级，但其纯度及成本均未能达到要求。我国具有纯度高的石英砂资源，并有大量冶金级硅出口，采用冶金硅精炼的方法生产太阳级硅具有很大潜力。
3晶硅电池的商业化生产和市场发展

3．1商业化电池技术

  （1）常规商业化电池：商业化晶硅电池主要结构是p呗结。绒面、背场和减反射涂层被普遍采用，细栅金属化技术在不断改进，单晶硅商业化电池效率在13一16％之间。多晶硅电池工艺与单晶硅基本相同，但没有绒面技术。商业化多晶硅电池效率在11一14％之间。
  （2）刻槽埋栅电他：BP公司利用UNsW技术生产的刻槽埋栅电池已经实现商业化，规模为2MW／年，电池效率15一17％之间，成本与常规电池基本相同。
  （3）AsE多晶硅片电池效率在11一13％之间。

3．2晶硅电池的产业和市场发展

    国际光伏工业在过去15年的平均年增长率为20％。90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。1997年世界太阳电他光伏组件生产达122MW，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前3倍，比集成电路工业发展更快，超出光伏专家最乐观的估计。1998年光伏组件生产达到157．4MW，比1998年增长29％。光伏发电累计总装机容量达到800MW。
  在产业化方面，各国一直在通过改进工艺、扩大规模和开拓市场等措施降低成本，并取得了巨大进展。以美国为代表，政府（能源部）在1990年起动了PVMaT（光伏制造技术）的产业化计划，通过国家可再生能源实验室（NREI／实施，并成立了国家PV中心，联合产业界、大学和研究机构共同进行攻关，以求大幅度降低成本。这一计划的实施已经产生了非常明显的效果，使商品化电池效率提高到．12一15％。生产规模从过去的1一5MW／年发展到5一20MW／年，并正在向50MW扩大，如英国BP So1ar公司计划2000年达到50MW／年的生产能力。生产工艺不断简化，自动化程度不断提高。三年来，世界的光伏组件的生产成本降低了32％以上，第一次降到3美元／wp以下，国际市场光伏组件售价在4美元／Wp左右。这种趋势还在继续发展，预测1999年生产成本可降到1． 79美元／Wp，在1994年的水平上降低60％。美国PV系统电价成本目标：2004年光伏系统安装成本3美元／Wp（11美分／kwh），2010年1．5美元／wp（6美分／kwh以下）。
  欧洲和日本也有类似的计划。竞争促使各发达国家的产业化技术几乎以大致相同的水平和速度向前发展；
  在太阳能光伏发电领域，印度是发展中国家的排头兵。截止1997年3月／p度总的pv系统容量达到30MW。目前印度有6个太阳电池制造厂，12个组件生产厂，1998年生产10MW组件，19982002印度计划安装150MW。2002年生产将达到50Mw／年。
  1998年7月在Vienna召开了第二届国际太阳能光伏会议，在这个迄今规模最大的世界光伏会议上，一向观点保守和沉默寡言的欧盟科技局局长Wolfgang Pa1z博士在会上谈到他对目前PV技术商业化发展态势的观点：光伏技术的发展已经很明显地结束了它的前期开拓阶段，并开始了它的蓬勃发展阶段。1998年7月正当世界金融危机最疯狂的时候，世界PV市场比1997年同期增长了50％。世界各大公司纷纷实施和制定扩产计划，1998年初PVIR统计，正在实施和扩产的新增能力为“3。5MW／年，比1997年高出2倍。可以说，太阳能光伏发电技术和产业正在腾飞，预测今后10年光伏组件的生产将以30％左右甚至更高的递增速度发展，2000年将达到300MW／年，2010年达到4．6GW／年（保有量20GW）。快速发展的屋顶计划、各种减
免税政策和补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格为PV市场的发展提供了坚实的发展基础。市场发展将逐步由边远地区和农村的补充能源向全社会的替代能源过渡。预测到下世纪中叶，太阳能光伏发电将达到世界总发电量15一20％，成为人类的基础能源之一。第二届世界太阳能光伏会议主席Jurgen Schmidt在大会上说到：“作为全球一种能源，光伏发电在下世纪前半期将超过核电，是2030年还是2050年的最后几年超过，只是个时间问题。”
  我国太阳能光伏发电技术产业化及市场发展经过近20年的努力，已经奠定良好的基础。目前有4个单晶硅电池及组件生产厂和2个非晶硅电池生产厂。但在总体水平上我国同国外相比还有很大差距，主要表现在以下几个方面：
  （1）生产规模小。目前4个单晶硅电池生产厂基本上保持在1986一1990年引进时的规模和水平。各厂家在引进时标称生产能力为IMW／年，但在不同的工艺环节上都存在着“瓶颈”，实际生产能力都在0．5MW／年左右，所以我国太阳电池总的实际生产能力约2MW／年， 1998年我国太阳电他的产量为2MW，约占世界产量的1．3％。生产的规模化程度比国外5一20MW生产规模低一个数量级。目前各厂都在努力扩大生产能力，可望在1一2年内将各厂的实际生产能力扩大到IMW／年，总能力达到4MW／年。多晶硅电池有利于进一步降低成本，目前我国还是空白。国家已将多晶硅电他的产业化作为“九五”计划的重点进行了安排，可望在2000年形成规模化生产。
  （2）技术水平较低。我国太阳电他的效率较低，平均在11一13％；组件封装水平低，工程现场证明，部分产品大约3一5年就出现发黄、起泡、焊线脱落、效率下降等问题，近几年产品质量有提高，但同国外仍有一定
差距。
  （3）专用原材料国产化程度不高。专用材料如银浆、封装玻璃、EVA等尚未完全实现国产化。国家曾将提高商业化电池效率和材料国产化列入“八五”计划，并取得一定成果，但性能有待进一步改进，各厂家部分材料仍然采用进口品。
  （4）成本高。目前我国电池组件成本约35元／wp（4．2美元／Wp），平均售价44元／Wp（5．3美元／Wp)，成本和售价都高于国外产品。
  我国地域广大、人口众多，7000万人生活在无电地区，光伏发电的潜在市场非常巨大。但由于光伏发电成本高，目前尚不能与常规发电相比。尽管如此，我国的光伏市场仍在逐年地发展和扩大，1998年的安装容量约2．5MW。到1998年底，光伏发电系统总保有量约12MW。
  在光伏市场发展方面，国外各大公司和世界银行对于开拓中国的光伏市场都表现出极大的兴趣和热心，并开始付诸行动。这对我国光伏事业的发展无疑起着极大的推动和催化作用。例如，世界银行通过GEF（全球环境基金）项目向中国软贷款用于风能和光伏发电的市场开拓，其中包括10MW的户用光伏发电系统。该项目在国家经贸委组织下正在执行中。荷兰政府向我国新疆自治区赠送近10万套户用光伏电源系统，价值1500万美元。日本、美国、欧洲的一些公司也都有过类似的赠送和示范项目。面对这样一个将被开发的巨大市场，我国的光伏发电产业必须加快发展步伐。

4．二十一世纪晶硅电他的发展趋势和展望

  90年代以来，在可持续发展战略的推动下，可再生能源技术进入了快速发展的阶段。据专家预测，下世纪中叶太阳能和其它可再生能源能够提供世界能耗的50％。
4．1 光伏建筑将成为光伏应用的最大市场
  太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。国际能源组织（IEA）＋ 1991和1997相继两次起动建筑光伏集成计划，获得很大成功，建筑光伏集成有许多优点：①具有高技术、无污和自供电的特点，能够强化建筑物的美感和建筑质量；②光伏部件是建筑物总构成的一部分，除了发电功能外，还是建筑物耐候的外部蒙皮，具有多功能和可持续发展的特征；③分布型的太阳辐射和分布型的建筑物互相匹配；④建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积；⑤不需要额外的昂贵占地面积，省去了光伏系统的支撑结构，省去了输电费用；③PV阵列可以代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用，例如昂贵的外墙包覆装修成本有可能等于光伏组件的成本，如果安装光伏系统被集成到建筑施工过程，安装成本又可大大降低；①在用电地点发电，避免传输和分电损失（5一10％），降低了电力传输和电力分配的投资和维修成本，建筑光伏集成系统既适用于居民住宅，也适用商业、工业和公共建筑，高速公路音障等，既可集成到屋顶，也可集成到外墙上；既可集成到新设计的建筑上，也可集成到现有的建筑上。光伏建筑集成近年来发展很炔，许多国家相继制定了本国的光伏屋顶计划。建筑自身能耗占世界总能耗的1／3，是未来太阳能光伏发电的最大市场。光伏系统和建筑结合将根本改变太阳能光伏发电在世界能源中的从属地位，前景光明。

4．2 PV产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展

  目前PV组件的生产规模在5一20Mw／年，下世纪将向百兆瓦级甚至更大规模发展。同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将由现在的水平（单晶硅13％一15％，多晶硅11％一13％）向更高水平（单晶硅18％一20％，多晶硅16％一18％）发展，同时薄膜电池在不断研究开发，这些都为大幅度降低光伏发电
成本提供了技术基础。

4．3下世纪前半期光伏发电将超过核电

  专家预计，下世纪前半期的30一50年代，光伏发电将超过核电。1997年世界发电总装机容量约2000GW，其中核电约400GW，约占20％，世界核电目前是收缩或维持，而我国届时核能将发展到约100GW，这就意味着世界光伏发电届时将达到500GW左右。1998年世界光伏发电累计总装机容量800MW，以2040年计算，这要求光伏发电年增长率达16．5％，这是一个很实际的发展速度，前提是光伏系统安装成本至少能和核能相比。

4．4 PV发电成本下降趋势

  美国能源部1996年关于PV联网系统市场价格下降趋势预测表明，每年它将以9％速率降低。1996年pv系统的平均安装成本约7美元／Wp，预计2005年安装成本将降到3美元／Wp，PV发电成本）11美元／kWh；2010年PV发电成本降到6美分／kWh，系统安装成本约1．7美元／Wp。
降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等途径实现。可行性研究指出，500MW／年的规模，采用现有已经实现商业化生产的晶硅技术，可使PV组件成本降低到：欧元左右（其中多晶硅电池组件成本0．91欧元／Wp），如果加上技术改进和提高电池效率等措施，组件平均成本可降低到1美元／Wp。在这个组件成本水平上，加上系统其它部件成本降低，发电成本6美分／kWh是能实现的。考虑到薄膜电池，未来降低成本的潜力更大，因此在下世纪前10一30年把PV系统安装成本降低到与核电可比或更低是完全可能的。

小散户1

6．非晶硅太阳电池
引言     
1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。

1．非晶硅太阳电他的诞生

1．1社会需求催生a一Si太阳电池     

太阳电池在70年代中期诞生，这是科学家力图使自己从事的科研工作适应社会需求的一个范例。他们在报告中提出了发明非晶硅太阳电他的两大目标：与昂贵的晶体硅太阳电池竞争；利用非晶硅太阳电池发电，与常规能源竞争。

70年代曾发生过有名的能源危机，这种背景催促科学家把对a-Si材料的一般性研究转向廉价太阳电池应用技术创新，这种创新实际上又是非晶半导体向晶体半导体的第三次挑战。太阳电池本来是晶体硅的应用领域，挑战者称，太阳电池虽然是高品位的光电子器件，但不一定要用昂贵的晶体半导体材料制造，廉价的非晶硅薄膜材料也可以胜任。

1．2非晶硅太阳电池的理论与技术基础的确立     

无定形材料第一次在光电子器件领域崭露头角是在1950年。当时人们在寻找适用于电视摄像管和复印设备用的光电导材料时找到了无定形硒（a一Se）和无定形三硫化锑（a一SbS3）。当时还不存在非晶材料的概念及有关的领域，而晶体半导体的理论基础——能带理论，早在30年代就已成熟，晶体管已经发明，晶体半导体光电特性和器件开发正是热点。而a一Se和a一sbS3这类材料居然在没有基础理论的情况下发展成为产值在10亿美元的大产业，非晶材料的这第一次挑战十分成功，还启动了对非晶材料的科学技术研究。1957年斯皮尔成功地测量了a一Se材料的漂移迁移率；1958年美国的安德松第一次在论文中提出，无定形体系中存在电子局域化效应：1960年，前苏联人约飞与热格尔在题为“非晶态、无定形态及液态电子半导体”的文章中，提出了对非晶半导体理论有重要意义的论点，即决定固体的基本电子特性是属于金属还是半导体、绝缘体的主要因素是构成凝聚态的原子短程结构，即最近邻的原子配位情况。从1960年起，人们开始致力于制备a一Si和a一Ge薄膜材料。早先采用的方法主要是溅射法。同时有人系统地研究了这些薄膜的光学特性。1965年斯特林等人第一次采用辉光放电（GD）或等离子体增强化学气相沉积（简为PECVD）制备了氢化无定形硅（a一Si：H）薄膜。这种方法采用射频（直流）电磁场激励低压硅烷等气体，辉光放电化学分解，在衬底上形成a七i薄膜。开始采用的是电感耦合方式，后来演变为电容耦合方式，这就是后来的太阳电池用a一Si材料的主要制备方法。   

1960年发生了非晶半导体在器件应用领域向晶体半导体的第二次挑战。这就是当年美国人欧夫辛斯基发现硫系无定形半导体材料具有电子开关存储作用。这个发现在应用上虽然不算成功，但在学术上却具有突破性的价值。诺贝尔奖获得者莫特称，这比晶体管的发明还重要。它把科学家的兴趣从传统的晶体半导体材料引向了非晶半导体材料，掀起了研究非晶半导体材料的热潮。我国也正是在60年代末期开始从事该领域的研究的。从1966年到1969年有关科学家深入开展了基础理论研究，解决了非晶半导体的能带理论，提出了电子能态分布的Mott一CFO模型和迁移边的思想。   

电子能带理论是半导体材料和器件的理论基础。它可以指导半导体器件的设计和工艺，分析材料和器件的性能。尽管目前非晶硅能带理论还不很完善，也存在争议，但毕竟为非晶半导体器件提供了理论上的依据。

1．3半导体能带结构简介   

固体能带理论是把量子力学原理用于固态多体系统推算出来的。即，在特定的晶格和相应的电势场分布下求解薛定愕方程，获得体系中电子态按能量的分布。在晶体情况下，晶格结构具有空间的周期性，相应的电势场也呈周期性分布。在晶格绝热近似和单电子近似条件下，可以求得相当准确的电子能态分布，即电子能带结构。晶体能带的基本特征是，存在导带与价带以及隔开这两者的禁带，或者称为带隙。导带底和价带顶有单一的能量值，在导带底以上的导带态为扩展态，这些态上的电子是迁移率很高的自由电子。价带顶以下的能态为空穴的扩展态，这里的自由空穴迁移率也很高。理想半导体禁带中是没有电子能态的。但在半导体中难免有缺陷和杂质，分别具有各自的能态，表面和界面处晶格不连续带来表面态和界面态，这些异常的能态常常落在禁带中，称为隙态。其上占据的电子是局域化的，起载流子复合产生中心的作用。晶体的隙态密度很小，通常在1015／cm3左右，且呈离散分布。另一方面固体中电子按照能量的统计分布遵循费米分布函数规律。被电子占据的几率为1／2的能级称为费米能级。费米能级也称为平衡体系的化学势。通常情况下，半导体的费米能级位于禁带。费米能级距导带底较近，则电子为多数载流子，材料为n型。费米能级距价带顶近的，空穴为多数载流子，材料为p型。费米能级位置可以通过适当掺杂加以调节。就是说，半导体电导的数量和类型都可以用掺杂的方法调节。     

由于非晶硅材料是亚稳固体，其晶格的近程配位与相应晶体的相当。但它是长程无序，原子间的键长与键角存在随机的微小变化，它的实际结构为硅原子组成的网络结构；网络内的硅悬挂键密度比较高。这些是非晶硅结构的两个基本特点。这样复杂的体系的电子能带结构与晶体能带既有相似之处，也存在巨大的差别。其相似之处在于，价电子能态也可分为导带、价带和禁带，但导带与价带都带有伸向禁带的带尾态。带尾态与键长、键角的随机变化有关，导带底价带顶被模糊的迁移边取代，扩展态与局域态在迁移边是连续变化的，高密度的悬挂键在隙带中引进高密度的局域态。通常隙态密度高于1017／cm3，过剩载流子通过隙态复合，所以通常非晶材料的光电导很低，掺杂对费米能级的位置的调节作用也很小，这种a-Si材料没有有用的电子特性。氢化非晶硅材料中大部分的悬挂键被氢补偿，形成硅氢键，可以使隙态密度降至1016／cm3以下，这样的材料才表现出良好的器件级电子特长。

1．4．a-Si太阳电池的基本结构   

对a-Si薄膜掺杂以控制其导电类型和电导数量的工作，1975年第一次由莱康柏和斯皮尔实现，同时也就实现了a-Si-pn结的制作。事实上，由于a-Si多缺陷的特点，a-Si pn结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si太阳电池基本结构不是pn结而是pin结。掺硼形成p区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺日的本征层（因为非掺杂a。s是弱n型）。重掺杂的p、n区在电池内部形成内建势，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。i区是光敏区，光电导／暗电导比在105-106，此区中光生电子空穴是光伏电力的源泉。非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅光电子跃迁的选择定则，使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料，对光子的吸收系数很高，对敏感光谱域的吸收系数在1014cm-1以上，通常0．5μm左右厚度俏a-Si就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。所以，p/i/n结构的a-Si电他的厚度取0，5μm左右，而作为死光吸收区的p、n层的厚度在10nm量级。

1．5小结     

总之，非晶硅太阳电池既是应用需求的产物，又是非晶半导体技术探索和基础理论研究的结果。科技创新与社会需求相结合产生巨大的价值。当今每一项科技创新都包含技术探索和基础理论研究两方面，不可偏废其中之一。当然，不同课题或一个课题的不同发展阶段，侧重点会有不同。科学技术发展史上，有些领域先形成的基础理论，等待技术成熟后才结出硕果，也有些领域先产生应用技术，技术发展推动基础理论研究，产生理论成果，理论的确立又指导应用技术走向成熟

2．非晶硅太阳电他的初期发展

2．1．初期的技术进步和繁荣   

半导体巨型电子器件——太阳电池可用廉价的非晶硅材料和工艺制作，这就激发了科研人员、研究单位纷纷投入到这个领域的研究中，也引起了企业界的重视和许多国家政府的关注，从而推动了非晶硅太阳电他的大发展。非晶硅太阳电池很快走出了实验室，走进了中试线和较大规模的生产线。从技术上看，非晶硅太阳电池这一阶段的进步主要表现在：（1）从简单的ITO／p/i/n（a一Si）／Al发展成为SnO2（F）／p-a一SiC／i-a-Si／n-a一Si／A1这样比较复杂实用的结构。Sno2透明导电膜比ITO更稳定，成本更低，易于实现织构，从而增加太阳电池对光的吸收。采用aSiC：H作为p型的窗口层，带隙更宽，减少了P层的光吸收损失，更好地利用入射的太阳光能。（2）对a-Si层和两个电极薄层分别实现了激光划线分割，实现了集成化组件的生产。（3）出现了单室成批生产和多室的流水生产非晶硅薄膜的两种方式。在生产上还出现了以透明导电玻璃为衬底的组件生产和以柔性材料（如不锈钢）为衬底的两种电池组件的生产方式。世界上出现了许多以a-Si太阳电池为主要产品的企业或企业分支。例如，美国的CHRONAR、SOLAREX、ECD等，日本有三洋、富士、夏普等。CHRONAR公司是a-Si太阳电池产业开发的急先锋，不仅自己有生产线，还向其它国家输出了6条MW级生产线。美、日各公司还用自己的产品分别安装了室外发电的试验电站，最大的有100kW容量。在80年代中期，世界上太阳电他的总销售量中非晶硅占40％，出现非晶硅、多晶硅和单晶硅三足鼎立之势。

2．2．aSI太阳电池的优势   

技术向生产力如此高速的转化，说明非晶硅太阳电池具有独特的优势。这些优势主要表现在以下方面：（1）材料和制造工艺成本低。这是因为衬底材料，如玻璃、不锈钢、塑料等，价格低廉。硅薄膜厚度不到1μm，昂贵的纯硅材料用量很少。制作工艺为低温工艺（100一300°C），生产的耗电量小，能量回收时间短）（2）易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合制作特大面积无结构缺陷的a一Si合金薄膜；只需改变气相成分或者气体流量便可实现…n结以及相应的迭层结构；生产可全流程自动化。（3）品种多，用途广。薄膜的aSi太阳电池易于实现集成化，器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高，晴电导很低，适合制作室内用的微低功耗电源，如手表电池、计算器电池等。由于aSi膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳电池。灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合户用屋顶电站的安装。

2．3发展势头受挫   

非晶硅太阳电池尽管有如上诸多的优点，但缺点也是很明显的。主要是初始光电转换效率较低，稳定性较差。初期的太阳电池产品初始效率为5％-6％，标准太阳光强照射一年后，稳定化效率为3％-4％，在弱光下应用当然不成问题，但在室外强光下，作为功率发电使用时，稳定性成了比较严重的问题。功率发电的试验电站性能衰退严重，寿命较短，严重影响消费者的信心，造成市场开拓的困难，有些生产线倒闭，比如CHRONAR公司。

2．4封装的不稳定问题   

第一阶段a-Si太阳电池产品性能衰退问题实际上有两个方面，即封装问题和构成电池的aSi材料不稳定性问题。封装问题主要是：封装材料老化和封装存在缺陷，环境中的有害气氛对电他的电极材料和电极接触造成损害，使电池性能大幅度下降甚至于失效。解决这一问题主要靠改进封装技术，在采取了玻璃层压封装（这是指对玻璃衬底的电池）和多保护层的热压封装（对不锈钢衬底电池），基本上解决了封装问题。目前太阳电池使用寿命已达到10年以上。

2．5．a-Si材料和太阳电池的光致衰退机制   

a-Si薄膜在强光（通常是一个标准太阳的光强，100mW／cm2）下照射数小时，光电导逐渐下降，光照后暗电导可下降几个数量级并保持相对稳定；光照的样品在160℃下退火，电导可恢复原值，这就是有名的斯太不拉一路昂斯基效应，简称SWF。暗电导的阿兰纽斯特性测量表明，光照时电导激活能增加，这意味着费米能级从带边移向带隙中央，说明了光照在带隙中部产生了亚稳的能态或者说产生了亚稳缺陷中心。这种亚稳缺陷可用退火消除。根据半导体载流子产生复合理论，禁带中央的亚稳中心的复合几率最大，具有减少光生载流子寿命的作用；同时它又作为载流子的陷饼，引起突间电荷量的增加，降低i层内的电场强度，使光生载流子的自由漂移距离缩短，减少载流子收集效率。这就使太阳电他的性能下降。   

研究光致亚稳态的机理，寻找克服光致衰退的办法，不仅对完善发展非晶硅材料的基础理论是重要的，而且对改善太阳电他的性能也很紧迫。从对太阳电池产品的使用来说，还要解决加速光衰、标定产品稳定性能的问题。   

世界上凡从事a-Si研究和开发应用的实验室，都在研究光致衰退的问题，开展了各种实验观察，提出了种种的理论模型。但是，至今还没有一个令人信服的统一的模型可以解释各种主要的实验事实。比较一致的看法是，光致衰退与a-Si材料中氢运动有关。比较重要的模型有：（1）光生载流子无辐射复合引起弱的Si-Si键的断裂，产生悬挂键，附近的氢通过扩散补偿其中的一个悬键，同时增加一个亚稳的悬键。（2）悬键的荷电对T了和T茅与光生载流子相互作用，变成两个乃态，乃态是一个单电子占据的悬键态，它的出现使费米能级向下面的带隙中央移动（通常非掺杂的i层呈弱的n型，费米能级在带隙中距导带边稍近）。这个模型假定，悬键为双电子占据时，相关能为负值。负相关能最可能存在于氢富集的微空洞的表面。（3）布朗兹最近提出的新模型认为，光生电子相互碰撞产生两个可动的氢原子，氢原子的扩散形成两个不可动的Si-H键复合体，亚稳悬键出现在氢被激发的位置处，此模型可定量他说明光生缺陷的产生机理，并可解释一些主要的实验现象。以上例举的较为可信的模型都说明，光致衰退效应与aSi材料中的氢的移动有关a-Si材料是在较低的温度下，通过硅烷类气体等离子体增强化学分解，在衬底上淀积获得的。它的硅网络结构不可避免地存在硅的悬键。这些悬键如果没有氢补偿，隙态密度将非常高，不可能用来制作电子器件。广泛采用的PECVD法沉积的a-Si膜含有10-15％的氢含量，一方面使硅悬键得到了较好的补偿；另一方面，这样高的氢含量远远超过硅悬键的密度。可以肯定他说，氢在a＝Si材料中占有激活能不同的多种位置，其中一种是补偿悬键的位置，其它则处于激活能更低的位置。理想的a一Si材料应该既没有微空洞等缺陷，也没有SiH2、（SiH2）n、SiH3等的键合体。材料密度应该尽量地接近理想的晶体硅的密度，硅悬挂键得到适量氢的完全补偿，使得隙态密度低，结构保持最高的稳定性。寻找理想廉价的工艺技术来实现这种理想的结构，应能从根本上消除光致衰退，这是一项非常困难的任务。

2．6 a-Si太阻电池效率低的原因   

非晶硅太阳电池属于半导体结型太阳电池，可以依据结型太阳电他的模型对其理想的光伏性能作出估算。有1．7eV带隙的非晶硅太阳电他的理论效率在25％左右。实际上，第一阶段制作的小面积电池初始效率约为理论效率的一半，其它品种的太阳电池实际达到的光伏性能与理论值相比，差距都小于非晶硅的差距。a-Si太阳电池效率低的主要原因如下：   
1）a-Si材料的带隙较宽，实际可利用的主要光谱域是0.35-0.7／m波长，相对地较窄。   
2）a-Si太阳电池开路电压与预期值相差较大，其原因是：（1）迁移边存在高密度的尾态，掺杂杂质离化形成的电子或空穴仅有一定比例的部分成为自由载流子，电导激活能即费米能级与带边的差不可能很小；（2）材料多缺陷，载流子扩散长度很短，电荷收集主要靠内建电场驱动下的漂移运动，靠扩散收集的分量可以忽略，这与晶体硅电池正好相反，为了维持足够强的内建电场，pin结的能带弯曲量必须保持较大才能保证有足够的电场维持最低限度的电荷收集，能带弯曲量与电池输出电压对应的电子能量之和为卜n两种材料费米能级之差。既然剩余能带弯曲量较大，输出电压必然较低。而晶体电池电荷收集主要靠载流子扩散，剩余能带弯曲量可以较小，加之p、n两种材料的激活能较低，所以开路电压与其带隙宽度相对接近。   
3）a-Si材料隙态密度较高，载流子复合几率较大，二极管理想因子刀通常大于2，与n=1的理想情况相差较大。   
4）a-Si太阳电他的一区和n区的电阻率较高，TCO／p-a-si（或n-a-si）接触电阻较高，甚至存在界面壁垒，这就带来附加的能量损失。   

以上这些问题必须由新的措施来解决，这就构成了非晶硅太阳电池下一阶段发展的主要任务。3．非晶硅太阳电池技术的发展

3．1非晶硅太阳电池技术完善与提高   

由于发展势头遭到挫折，80年代未m年代初，非晶硅太阳电他的发展经历了一个调整、完善和提高的时期。人们一方面加强了探索和研究，一方面准备在更高技术水平上作更大规模的产业化开发，中心任务是提高电他的稳定化效率。为此探索了许多新器件结构、新材料、新工艺和新技术，其核心就是完美结技术和叠层电池技术。在成功探索的基础上，90年代中期出现了更大规模产业化的高潮，先后建立了多条数兆瓦至十兆瓦高水平电池组件生产线，组件面积为平方米量级，生产流程实现全自动。采用新的封装技术，产品组件寿命在10年以上。组件生产以完美结技术和叠层电池技术为基础，产品组件效率达到6％-8％；中试组件（面积900cm2左右）效率达9％-11％；小面积电池最高效率达14.6％。

3．2完奏结技求   

完美结技术是下列技术的组合：（1）采用带织构的sio2／snO2／ZnO复合透明导电膜代替ITO或Sn02单层透明导电电极。复合膜电极具有阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗等离子还原反应的效果。（2）在TCO／p界面插入污掺杂层以克服界面壁垒。（3）p层材料采用宽带隙高电导的微晶薄膜，如μc-sic，可以减少P层的光吸收损失；减少电他的串联电阻。（4）为减少p／i界面缺陷，减少二极管质量因子，在p/i界面插入C含量缓变层。此层的最佳制备方法是交替淀积与氢处理法。（5）低缺陷低氢含量的i层。用精确控制掺杂浓度的梯度掺杂法，使离化杂质形成的空间电荷与光照产生的亚稳空间电荷中和，保持稳定均匀的内建电场。这是从器件结构上消除光致衰退效应的又一种方案。（6）i／n界面缓变以减少界面缺陷。（7）采用K一kS可以减少电池的串联电阻，同时减少长波长光的损失。（8）采用znO／A1复合背电极增强对长波长光的反射，增加在电池中的光程，从而增加太阳电他的光的吸收利用。   

值得一提的是，我国在“八五”攻关中采用此类技术，实现大面积组件电池6.55％的稳定效率，小面积电池单结开路电压高达1.12V。3．3 叠层电池技术   减薄a-Si太阳电他的i层厚度可以增强内建电场，减少光生载流子通过带隙缺陷中心和／或光生亚稳中心复合的几率，又可以增加载流子移动速率，同时增加电他的量子收集效率和稳定性。但是，如果i层大薄又会影响入射光的充分吸收，导致电池效率下降。为了扬长避短，人们想到了多薄层电池相叠的结构。起先是两个pin结的叠层艰pa-Si／a-Si叠层电池，其稳定化效率有所提高。我国用此结构做出组件电池（400cm2）稳定化效率达7．35％。   

一种材料的太阳电池可以利用波长比1.24／Eg(μm）更短的谱域的光能。如果把具有不同带隙（Eg）材料的薄膜电池叠加，则可利用更宽谱域的光能，由此可提高大阳电他的效率。异质叠层太阳电池中，利用宽带隙材料作顶电池，将短波长光能转变为电能；利用窄带隙材料作底电池，将长波长光能转变为电能。由于更加充分地利用了阳光的谱域，异质叠层太阳电池应有更高的光电转换效率，同时具有抑制光致衰退的效果。   

形成异质叠层太阳电他的材料的带隙必须有恰当的匹配才可能获得最佳的效果。目前流行的非晶硅锗为基础的异质叠层太阳电池较好的匹配带隙分别为1。8eV、1。6eV、1。4eV。除了匹配带隙的要求外，组成叠层太阳电他的各子电池中光电流应基本相等；子电池之间的p/n结应为高透光高电导的隧道结。

3．4 新材料探索     

探索的宽带隙材料主要有，非晶硅碳、非晶硅氧：微晶硅、微晶硅碳等，这些材料主要用于窗口层。顶电池的i层主要是宽带隙非晶硅和非晶硅碳。最受重视的窄带隙材料是非晶硅锗。改变硅锗合金中锗含量，材料的带隙在1.1eV到1.7eV范围可调。硅与锗的原子大小不一，成键键能不同，非晶硅锗膜通常比非晶硅缺陷更多。膜中硅与锗原子并不是均匀混合分布的，氢化时，氢择优与硅键合，克服这些困难的关键是，采用氢稀释沉积法和掺氟。这些材料的光电子特性可以做得很好，但氢含量通常偏高，材料的光致衰退依然存在，叠层结构在一定程度上抑制了它对电池性能的影响。

3．5新技术探索     

为了提高非晶硅太阳电他的初始效率和光照条件下的稳定性，人们探索了许多新的材料制备工艺。比较重要的新工艺有：化学退火法、脉冲氖灯光照法、氢稀释法、交替淀积与氢处理法、掺氟、本征层掺痕量硼法等。此外，为了提高a-Si薄膜材料的掺硼效率，用三甲基硼代替二乙硼烷作掺杂源气。为了获得a一Si膜的高淀积速率，采用二乙硅烷代替甲硅烷作源气。     

所谓化学退火，就是在一层一层生长a-Si薄膜的间隔，用原子氢或激活的Ar、He原子来处理薄膜，使表面结构弛豫，从而减少缺陷和过多的氢，在保证低隙态密度的同时，降低光致衰退效应。这里，化学处理粒子是用附加的设备产生的。     

氢稀释法则采用大量（数十倍）氢稀释硅烷作源气淀积a-Si合金薄膜。实际上，一边生长薄膜一边对薄膜表面作氢处理。原理一样，方法更简单，效果基本相当。   

交替淀积与氢处理则是，重复进行交替的薄膜淀积与氢等离子体处理，这是上述两种方法的结合。脉冲氖灯光照法是在一层一层生长a-Si薄膜的间隔，周期地用脉冲氖灯光照处理薄膜表面，其稳定性有显著提高。在制备a-Si的源气中加入适量的四氟化硅就可实现a-Si掺氟。掺氟使硅网络结构更稳定。本征a-Si呈弱n型，掺入痕量硼可将费米能级移向带隙中央，既可提高光灵敏度又可减少光致衰退。

3．6新制备技术探索   

射频等离子体增强CVD是当今普遍采用的制备a-Si合金薄膜的方法。它的主要优点是：可以用较低的衬底温度（200C左右），重复制备大面积均匀的薄膜，制得的氢化a-Si合金薄膜无结构缺陷、台阶覆盖良好、隙态密度低、光电子特性符合大面积太阳电他的要求。此法的主要缺点也是致命的缺点是，制备的a-Si膜含氢量高，通常有10％-15％氢含量，光致衰退比较严重。因此，人们一方面运用这一方法实现了规模化生产，另一方面又不断努力探索新的制备技术。     

与RF-PECVD最相近的技术有，超高真空PECVD技术，甚高频（VHF）PECVD技术和微波（包括 ECR）PECVD技术。激发等离子体的电磁波光子能量不同，则气体分解粒子的能量不同，粒子生存寿命不 同，薄膜的生成及对膜表面的处理机制不同，生成膜的结构、电子特性及稳定性就会有区别。VHF和微波 PECVD在微晶硅的制备上有一定的优势。   

其它主要新技术还有，离子束淀积a-Si薄膜技术，HOMO-CVD技术和热丝CVD技术等。离子束淀积 a-Si合金薄膜时，包括硅烷在内的反应气体先在离化室离化分解，然后形成离子束，淀积到衬底上，形成结构 较稳定的a-Si合金薄膜。HOMO-CVD技术通过加热气体，使之热分解，分解粒子再淀积在衬底上。成膜的先级粒子寿命较长，膜的电子性能良好，氢含量低，稳定性较好。这两种技术成膜质量虽好，但难以形成产业化技术。热丝CVD技术也是较有希望的优质薄膜硅的高速制备技术。4非晶硅太阳电池的未来发展4．1现有a-Si太阳电池产业的市场开发     

非晶硅太阳电池无论在学术上还是在产业上都已取得巨大的成功，全世界的生产能力超过50MW，最大生产线年产为iQMW组件。这种大规模高档次生产线满负荷正常运转的生产成本已低达1．＝美元／峰瓦左右。据预测，若太阳电池成本低于每峰瓦：美元，寿命20年以上，发电系统成本低于每峰瓦2美元，则光伏发电电力将可与常规电力竞争。与其它品种太阳电池相比，非晶硅太阳电池更接近这一目标。非晶硅太阳电池目前虽不能与常规电力竞争，但在许多特定的条件下，它不仅可以作为功率发电使用，而且具有比较明显的优势。如依托于建筑物的屋顶电站，它不占地面，免除占地的开支，发电成本较低；作为联网电站，不需要储能设备，太阳电池在发电成本中占主要部分，太阳电池低成本就会带来电力低成本。   

目前世界上非晶硅太阳电池总销售量不到其生产能力的一半，应用上除了少数较大规模的试验电站外仍然以小型电源和室内弱光电源为主。尽管晶体硅太阳电池生产成本是aSi电池的两倍，但功率发电市场、仍以晶体硅电池为主。这说明光伏发电市场尚未真正成熟。另一方面，非晶硅太阳电池必须跨过一个“门槛”才能进入大光伏市场。一旦跨过“门槛”，市场需求将带动产业规模扩大，而规模越大生产成本越低。要突破“门槛”，一方面须加强市场开拓力度，加强营销措施；另一方面政府应给予用户以适当补贴鼓励，刺激市场的扩大。许多发达国家正在推行的诸如“百万屋顶计划”这类光伏应用项目，就是这种努力的具体体现，。

4．2技求进一步发展的方向   

非晶硅太阳电池一方面面临高性能的晶体硅电池降低成本努力的挑战：一方面又面临廉价的其它薄膜太阳电池日益成熟的产业化技术的挑战。如欲获得更大的发展，以便在未来的光伏能源中占据突出的位置，除了应努力开拓市场，将现有技术档次的产品推向大规模功率发电应用外，还应进一步发扬它对晶体硅电池在成本价格上的优势和对其它薄膜太阳电池技术更成熟的优势，在克服自身弱点上下功夫。进一步提高组件产品的稳定效率，延长产品使用寿命，比较具体的努力方向如下：   
（1）加强a-Si基础材料亚稳特性及其克服办法的研究，达到基本上消除薄膜硅太阳电池性能的光致衰退。   （2）加强晶化薄膜硅材料制备技术探索和研究，使未来的薄膜硅太阳电池产品既具备a一Si薄膜太阳电池低成本的优势，又具备晶体硅太阳电池长寿、高效和高稳定的优势。   
（3）加强带有a-Si合金薄膜成分或者具有a-Si廉价特色的混合叠层电他的研究，把aSi太阳电池的优点与其它太阳电池的优点嫁接起来。
（4）选择最佳的新技术途径，不失时机地进行产业化技术开发，在更高的技术水平上实现更大规模的太阳电池产业化和市场商品化。

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7．非晶硅

(ａ-硅)太阳能技术光伏太阳能发电板将太阳能转换成电力. 晶体硅技术是光伏工业使的原始材料技术. 传统的晶体硅太阳能发电板首先被广泛应用于太空卫星上. 这种太阳能发电板是用逐步反复, 批量生产之工序从单晶硅或多晶硅的小晶片制造而成. 虽然这种技术的开发已取得很大的进展, 但是晶体光伏发电组件的成本还是因为材料的成本以及生产这种发电组件所需的烦琐工艺而持续居高不下. 晶体硅太阳能发电组件体积庞大, 容易破碎而且生产耗能更多.
  生产太阳能发电板的另一种薄膜技术使用到金属镉, 这种技术损害环境而且在生产过程中及售后服务上都需极多的管理维护. 这些薄膜技术以及晶体硅技术都使用逐步反复的批量生产工艺, 而不是象我们的非晶硅技术所用的连续性卷到卷的生产工艺.
  通过使用我们的独一无二的薄膜型, 蒸汽镀膜非晶硅(ａ－硅)合金材料, 我们已开发出独有的技术来降低太阳能发电板的成本. 由于非晶硅比晶体硅更有效地吸收光线, 非晶硅太阳能发电板的厚度比其它产品小100倍, 因而将材料成本显著降低. 通过使用柔韧的不锈钢基片以及聚合物密封材料, 并运用我们的技术所产生出来的光伏发电产品具有十分轻便, 柔韧及耐久的性能. 我们的产品在运输过程中不会破碎而且可轻易地运送到偏远的地区, 因而可以节省运输费用, 在安装时可做到丝毫无损.
  众多的具有不同的光吸收性能的非晶硅发电板连续地一个镀在另一个上, 使之能够更为有效地捕获太阳极为广阔的光谱. 这样既增加了这些多元发电板装置的能量转换效率也改变了其稳定性能. 本公司独有的多结方法使得我们的非晶硅技术具有创世界记录的高效率
  我们保持着经美国能源部国家可再生能源试验室测试认可大面积及小面积非晶硅太阳能发电板能量转换效率的当今世界记录.
  为了进一步降低光伏发电组件的制造成本, 我们更率先开发了独有的连续卷到卷太阳能发电板镀膜技术. 并拥有这个领域最主要的专利. 这种技术是用一个高产且自动化的机器在一卷半里长14英寸宽的柔韧的不锈钢上先后镀在九层的非晶硅薄膜而制成一卷连续的, 由三层太阳能发电板重叠在一起的结构产品. 这卷太阳能发电板被进一步加工成各种各样的光伏产品. 这种经由我们开创的领先方法在本行业中是独一无二, 并且有重要的制造成本优越性. 我们相信, 随着技术及大规模生产方面的不断改进, 我们的光伏发电组件的成本将会显著地比传统的晶体硅以及其它的玻璃结构的薄膜太阳能发电组件更为低廉. 价格将可与石油媲美. 我们拥有年产量为五百万瓦的生产能力, 通过增设位于美国密执根州奥本山的新的产品设施, 我们的年产量已提高到三千万瓦. 该厂为全自动化作业, 在非晶硅镀膜流程中, 可同时对六卷, 各为1.5英里长的不锈钢基材进行镀膜.

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8．多晶薄膜与薄膜太阳电池
引言   近几年来，光伏市场发展极其迅速，1997年光伏组件的销售量达122Vw，比上年增加38％。世界主要几大公司宣称，近期光伏组件产量将会增加到263.5MW，其中薄膜太阳电池将达到91.5MW，占太阳电池总量的34.7％。快速发展的光伏市场导致许多太阳电池生产厂家力求扩大生产能力，开辟大容量的太阳电池生产线。但目前太阳电池用硅材料大部分来源于半导体硅材料的等外品和单晶硅的头尾料，不能满足光伏工业发展的需要。同时硅材料正是构成晶体硅太阳电池组件成本中很难降低的部分，因此为了适应太阳电池高效率、低成本、大规模生产化发展的要求，最有效的办法是不采用由硅原料、硅锭、硅片到太阳电池的工艺路线，而采用直接由原材料到太阳电他的工艺路线，即发展薄膜太阳电他的技术。   

20世纪70年代开始，发展了许多制作薄膜太阳电他的新材料、CulnSe2、CdTe薄膜，晶体硅薄膜和有机半导体薄膜等；近20年来大量的研究人员在该领域中的工作取得了可喜的成绩。薄膜太阳电池以其低成本、高转换效率、适合规模化生产等优点，引起生产厂家的兴趣，薄膜太阳电他的产量得到迅速增长。如果以10年为一个周期进行分析，世界薄膜太阳电池市场年增长率为22．5％。BP solar的光伏专家和企业界人士组成的一个研究组研究证明：如果一家具有60MW生产能力的薄膜电池生产厂家，使用硒钢铜薄膜太阳电池、非晶硅太阳电池、硫化铜薄膜太阳电池中的任意一种就能获得生产成本低于1欧元／瓦的无框架光伏组件，如果采用晶体硅技术实现上述同样的目标，就需要建成一家年产量达500Mw太阳电他的生产厂。因此，整个光伏市场将会逐渐被薄膜太阳电池取而代之。从技术成熟程度看，薄膜太阳电池生产仍有一定风险，但从薄膜技术不断完善和市场迅猛发展看，薄膜光伏太阳电池具有十分广阔和诱人的前景。1.CdS薄膜与Cu2S/CdS太阳电池   Cu2S／CdS是一种廉价太阳电池，它具有成本低、制备工艺十分简单的优点。因此，在70-80年代曾引起国内外广大光伏科研者的广泛兴趣，以空前热情进行研究。在烧结体Cu2JCdS太阳电池研究的基础上，70年代开展了在多种衬底上使用直接和间接加热源的方法沉积多晶CdS薄膜。薄膜制备方法主要有喷涂法、蒸发法等。

1.1 CdS薄膜结构特性   

CdS是非常重要的：Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。C北薄膜具有纤锌矿结构，是直接带隙材料，带隙较宽，为2.42eV。实验证明，由于CdS层吸收的光谱损失不仅与CdS薄膜的厚度有关，还与薄膜形成的方式有关。1.2 CdS薄膜光学性质   

CdS薄膜广泛应用于太阳电池窗口层，并作为n型层，与p型材料形成p-n结，从而构成太阳电池。因此它对太阳电池的特性有很大影响，特别是对电池转换效率有很大影响。   

一般认为，窗口层对光激发载流子是死层，其原因是，（1）CdS层高度惨杂，因此耗尽区只是CdS厚度的一小部分；（2）由于CdS层内缺陷密度较高，空穴扩散长度非常短，如果耗尽区没有电场，载流子收集无效。   因此减少缺陷密度，可使扩散长度增加，能在CdS层内收集到更多的光激发载流子。

1.3 CdS簿膜电学特性   

一般而言，本征CdS薄膜的串联电阻很高，不利于做窗口层，在300℃-350℃之间，将In扩散入CdS中，把本征CdS变成n-CdS，电导率可达102Ω-1cm-1左右。对CdS热处理也能使电导率增加108Ω-1cm-1的量级。   在相对低温下进行热扩散，以免使膜退化。当在空气中加热到300℃时，由于氧在晶界有化学吸收，使光电导率衰减。   

未掺杂的CdS薄膜的电阻率高，不是由于膜的不连续引起的，很可能是由于氧气介入，氧俘获导带电子，形成化学吸附，存在晶界的多晶CdS薄膜更易吸收氧，在热退火过程中，消除氧的吸附作用，降低了电阻率，因此热处理不但有效地滤掉了薄膜内部的氧，而且有利于膜在优势晶向上长大。1.4 CdS薄膜和Cu2S/CdS太阳电池的制备方法1.4.1喷涂法   

60年代初，已有人开始采用喷涂或涂刷技术，研究CdS薄膜及Cu2S／CdS太阳电池。为了适应工业化生产CdS薄膜，R，R.Chamberlin和J.F.Jorn等人发展了这种方法。   

用喷涂法制备CdS薄膜，其方法主要是将含有3和Cd的化合物水溶液，用喷涂设备喷涂到玻璃或具有SnO2导电膜的玻璃及其它材料的衬底上，经热分解沉积成CdS薄膜。   

各国不同学者采用的工艺都基于如下热分解效应：CdC12+（NH2)2CS+2H20→CdS↓十2NH4Cl↑十C02       热分解温度Ts＞250℃。   

热分解温度、喷涂溶液组分，喷速以及SnO2透明电极的电阻率，窗口效应的利用等是影响电池性能的主要因素。   

为了制备太阳电池，在CdS膜表面喷涂转型物质，如含Cu+的氯化亚铜溶液，或采用常规浸泡工艺，使之形成一定厚度的Cu2S层，并经热扩散等工艺和喷涂金属层作电极，形成太阳电池。   

在Cu2S/CdS太阳电池中，由于两种材料的亲和力失配，相差0.3eV，因此使扩散电位被限制在0.8eV,降低了太阳电池的开路电压。为此，提出了采用由CdS和ZnS制备Cd1-XZnXS来代替CdS，以改善小层的电子亲和力和降低界面态数目。     

由于喷涂法制备Cu2S/CdS（Cu2S/Cd1-XZnXS）薄膜太阳电池，不采用真空设备，使工艺得到简化，并为定量掺杂、控制膜厚和薄膜电阻率及重现性带来方便。 1977年R.Feigllsen研制出转换效率为7.8％的Cu2SCd0.9Zn0.1S太阳电池。

1.4.2 蒸发法   

采用电子束技术蒸发CdS原料油于装料器外壳不加热，并进行水冷，因而减少了污染，获得的膜牢固、致密、纯度高、耐腐蚀性好、剩余原料组分不变，可以循环使用。因此该方法获得了广泛应用。   长春应化所张瑞峰等人用电子束蒸发制备CdS薄膜，改进了电子束蒸发设备，避免了在蒸发过程中CdS粒子飞溅。采用常规氯化亚铜浸泡法形成Cu多层，从而构成Cu2S/CdS太阳电池，电池最佳转换效率为6.2％。   

真空加热蒸发制备CdS薄膜是常采用的方法。长春应化所王福善等人用石墨作加热器，调节源上方挡板的大小和位置，获得无溅射颗粒的CdS薄膜，并用氯化亚铜水溶液浸泡形成Cu2S层，构成Cu2S/CdS太阳电池，其最高效率为7．8％。   

长春应化所王给祥等人，改进了蒸发工艺，对Cu2S层进行HCI腐蚀，使表面形成绒面织构，所获得的Cu2S/CdS太阳电池最佳有效面积转换效率为8．9％。1.5 Cu28／CdS太阳电池机理研究     

由于Cu2S/CdS薄膜太阳电池工艺不稳定，电池转换效率不高，稳定性差，易衰降，因此阻碍了这一类型太阳电池的发展。为此许多学者对这种电池开展了深入细致的机理研究。上海能源所黄芳龙用扫描电子能谱仪测量了不同效率的薄膜Cu2S／CdS太阳电他的AES谱。认为真空蒸发形成CdS膜和化学浸泡法形成Cu2s层构成的Cu2S/CdS电池为缓变结电池，高浓度Cu2S区厚0.05μm-0.1μm，铜过渡区厚度为1μm，在一定的结深和过渡区范围内，电池效率与高浓度Cu2S层厚度（结深）成正比，与铜过渡区厚度成反比，并计算出电他的极限效率为18％，实际工艺可能达到12.5％。黄芳龙进一步研究了扩散对Cu2S/CdS太阳电池效率及稳定性的影响。扩散会改变电池各元素的组成比，导致电池效率下降，特别是封装材料中C和Cu2S层中Cu的扩散最甚。因此选择无机材料作为封装材料和在Cu2S层中加入作为间隙原子的其它材料或选用其它材料如CulnSe2、CdTe等代替Cu2S层。由此Cu2S/CdS这种结构的太阳电池，逐渐失去人们的兴趣。2 .CulnSe2多晶薄膜材料与CdS／CulnSe2太阳电池

2.1 CUInSe2薄膜材料的结构特性   

Cu1nSe2（CIS）是一种三元Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物半导体，具有黄铜矿、闪锌矿两个同素异形的晶体结构，其高温相为闪锌矿结构（相变温度为980°C），属立方晶系，布拉非格子为面心立方，晶格常数为α＝5.86×10-8cm，密度为5.55g／cm3其低温相是黄铜矿结构（相变温度为810°C），属正方晶系，布拉非格子为体心四方，（d·c·t），空间群为I 42d=D2d12，每个晶胞中含有4个分子团，其晶格常数为α＝5.782×l08cm，с＝11.621×10-8cm，与纤锌矿结构的CdS（α=4.613×10-8cm，с＝7.16×l0-8cm）晶格失配率为1.2％。这一点使它优于CulnSe2等其它Cu三元化合物。   

Cu1nSe2是直接带隙半导体材料，77K时的带隙为Eg=1.04eV，300K时Eg=1.02eV，其带隙对温度的变化不敏感。   1.04eV的禁带宽度与地面光伏利用对材料要求的最佳带隙（1.5eV）较为接近，但这一点劣于CulnSe2（Eg=1.55eV）。   Cu1nSe，的电子亲和势为4.58eV，与CdS的电子亲和势（4.50eV）相差很小（0.08eV），这使得它们形成的异质结没有导带尖峰，降低了光生载流子的势垒。

2.2 CulnSe2材料的光学性质   

Cu1nSe2具有一个0.95eV-1.04eV的允许直接本征吸收限和一个1.27eV的禁带直接吸收限，以及由于以w一Redfiled效应而引起的在低吸收区（长波段）的附加吸收。   

Cu1nSe2材料具有高达以＝6×10cm-1的吸收系数，这是到目前为止所有半导体材料中的最高值。但是关于Cu1nSe2为什么会有这样高的吸收系数，其机理尚不完全清楚。具有这样高的吸收系数，亦即这样小的吸收长度（1／α)，对于太阳电池基区光子的吸收、少数载流子的收集，因而也即对光电流的收集产生了非常有利的条件。这也就是CdS／Cu1nSe2太阳电池会有39mA/cm2这样高的短路电流密度的原因，这样小的吸收长度，使薄膜的厚度可以很薄，而且薄膜的少数载流子扩散长度也是很容易超过1／α，甚至对结晶程度很差或者多子浓度很高的材料，其扩散长度也容易超过V0、Cu1nSe2的光学性质主要取决于材料的元素组份比、各组份的均匀性、结晶程度、晶格结构及晶界的影响。大量实验表明，材料的元素组份与化学计量比偏离越小，结晶程度好，元素组分均匀性好，温度越低其光学吸收特性越好。具有单一黄铜矿结构的Cu1nSe2薄膜，其吸收特性比含有其它成份和结构的薄膜要好。表现为吸收系数增高，并伴随着带隙变小。   

富cu的薄膜比富1n的薄膜吸收特性好，原因是富Cu的薄膜比富In的薄膜的结晶程度好。沉积衬底温度高的（770K）富Cu薄膜比沉积衬底温度低的（570K）薄膜的吸收特性好1原因是前者具有单一的黄铜矿结构，而后者不具有。   

室温（300K）下，单晶Cu1nSe2的直接带隙为0.95eV-0.97eV。多晶薄膜为1.02eV，而且单晶的光学吸收系数比多晶薄膜的吸收系数要大。引起这一差别的原因是由于单晶材料较多晶薄膜有更完善的化学计量比，组份均匀性和结晶好。在惰性气体中进行热处理后，多晶薄膜的吸收特性向单晶的情况靠近，这说明经热处理后多晶薄膜的组份和结晶程度得到了改善。然而，有人认为这种差别是由于膜中价带边的界面态和晶粒间界的原因造成。   

吸收特性随材料工作温度的下降而下降，其带隙随温度的下降而稍有升高。当温度由室温300K降到10DK时，Eg上升0.02eV，即100K时，单晶CulnSe2的带隙为0.98eV，多晶CulnSe2的带隙为1.04eV。   

不论单晶或多晶在低吸收区出现一个尾巴，即出现了附加吸收区，该区中使得α2-hv不再为直线，不再遵从允许直接跃迁的ahv-A（hv-Eg）？这一关系。   

对于单晶，这一现象由于伴随着声子吸收的跃迁产生，这种跃迁遵守α=A'（hv-Egi＋Ep)2／[exp（Ep／kT）-1］，其中A'为常数，Ep为声子能量，Egi为间接带隙。   

对于多晶薄膜，上述两种α～hv关系都不成立，这种附加吸收可能是由于Dow-Redfiled效应引起的。

2.3 CulnSe2材料的电学性质     

CulnSe2材料的电学性质（电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率）主要取决于材料的元素组份比，以及由于偏离化学计量比而引起的固有缺陷（如空位、填隙原子、替位原子），此外还与非本征掺杂和晶界有关。

2.3.1 导电类型   

对材料的元素组份比接近化学计量比的情况，按照缺陷导电理论，一般有如下的结果：当Se不足时，Se空位呈现施主；当Se过量时，呈现受主；当Cu不足时，Cu空位呈现受主；当Cu过量时，呈现施主。当In不足时，In空位呈现受主。当In过量时，呈现施主。   

在薄膜的成份偏离化学计量比较大的情况下，情况变得非常复杂。因为这时薄膜的组份不再是具有单一黄铜矿结构的CulnSe2，而包含其它的相（Cu2S2、Cu2-xSe、In2Se3、InSe…）。在这种情况下，薄膜的导电性主要由Cu／In比决定，一般随着Cu／In比的增加，其电阻率下降，p型导电性增强。导电类型与Se浓度的关系不大，但是p型导电性随着Se浓度的增加而增加。

2.3.2 薄膜导电性对元素组份比的依赖     

实验证明，CulnSe2薄膜的导电性与薄膜的成份有如下关系：     
1）当Cu／In＞1时，不论Se／（Cu＋In）之比大于还是小于1，薄膜的导电类型都为p型，而且具有低的电阻率，载流子浓度为1016-1020cm3但是当Se／（Cu＋In）＞1时，发现有Cu2-xSe存在。     
2）当Cu／In＜1，若Se／（Cu＋In）＞1时，则薄膜为p型，具有中等的电阻率，或薄膜为n型，具有高的电阻率。若Se／（Cu＋In）＜1，则薄膜为p型，具有高的电阻率，或薄膜为n型，具有低的电阻率。其中当Cu／In＜1且Se／（Cu＋In）＜1时的高阻p型薄膜已在实验中获得了高效电池（10％）。

2.4.CulnSe2薄膜生长工艺     

Cu1nSe2薄膜的生长方法主要有：真空蒸发法、Cu-In合金膜的硒化处理法（包括电沉积法和化学热还原法）、封闭空间的气相输运法（CsCVT）、喷涂热解法、射频溅射法等。

2．4．1单源真空蒸发法   

首先用元素合成法制备CulnSe2源材料。制法是，按化学计量比称取高纯的（5N）Cu、In、Se2粉未。一般Se稍过量（0.02at％）以获得p型材料，将源料放入一端封闭的石英管中，然后抽真空，当真空度到1． 33X10-3pa以上时，将石英管封闭，制成一个安瓶，放入烧结炉中，缓慢加热到D50C进行合成。源料要求具有单一黄铜矿结构，且为p型。   

CulnSe2源材料的合成，也可先合成CuSe和In2Se3，然后再将适量CuSe和In2Se3进行合成以获得CulnSe3。   

将合成的多晶CulnSe2源材料经仔细研磨后，用电子束或电阻加热器进行蒸发，以获得薄膜。   

直接用满足化学计量比的CulnSe2材料作蒸发源，所得薄膜一般为n型，如果在源中加入适量Se（20wt％）则可获得p型薄膜，衬底温度一般控制在200°C～300°C之间，以250°C为佳。此法的优点是，设备简单，缺点是不易控制组份和结构。

2．4．2双源真空蒸发法     

一个源中放入用元素合成法制得的CulnSe2粉未作为主要蒸发源，另一个源中放入元素Se，以控制薄膜的导电类型及载流子浓度。分别控制两源的蒸发速率，即可获得理想的薄膜，衬底温度一般在200℃-350℃之间。此法较单源法易于控制薄膜的成份和结构。

2．4.3三源真空蒸发法   

将高纯的Cu、In、Se分别放入三个独立的源中，并用相应的传感器系统，监视各自的蒸发速率，然后反馈到各自的蒸发源控制器中，控制各自的蒸发速率，从而获得理想的薄膜。   

衬底温度一般在350℃-450℃之间。此法优点是，易于控制组份和结构，且较前2种方法，不用合成CulnSe2源料，缺点是，设备复杂，此法是当前应用最广、研究最多的方法。

2．4．4封闭空间气相输运法（CsCVT）   

用元素合成法制备近似满足化学计量比的p型CulnSe2多晶晶块作为输运源料，用碘或碘化氢气体作为输运剂，以铝片、石墨片、w／A12O2或MO／玻璃作衬底，在封闭系统中进行蒸发。 CulnSe2与碘的可逆反应即固体的CulnSe2在高温下与碘蒸气发生反应，生成蒸气压高的Cu1、InI及Se2气体。上述反应是可逆的。当温度高时反应由左向右进行，当温度低时，反应由右向左进行。   

所以如果在源和衬底间保持一个温度梯度，使得在源上反应是从左到右，而在衬底上反应由右向左，则便可将CuInSe2源输运到衬底上，形成CuInSe2薄膜。   

HI也可用作输运剂，因为在高温下，HI分解为碘蒸气和氢气。   

输运系统主要参数为，衬底温度为500℃-600℃，源温为500℃-600℃，衬底与源温差为20℃-30℃之间，间距为1mm，碘蒸发压为2.67Pa-4.00Pa。该法的优点是，设备较简单，源利用率高，成膜质量好。缺点是，膜中有碘杂质存在。

2．4．5化学热还原法沉积Cu-In合金膜再进行硒化处理   

利用铜、钢的盐和氧化物在高温氢气氛中还原淀积Cu-In合金膜，然后在H2土气氛中进行硒化处理，便可得CulnSe2薄膜。   

可用于热还原的Cu、In化合物必须满足如下条件：其还原温度必须低于蒸发温度，其次可以配成溶液。   

实验证明，铜、钢的硝酸盐和氧化物是可行的，将Cu（NO3)2和In（NO3)3溶于甲醇中，控制各自的浓度，使混合溶液具有合适的Cu／In含量比，然后将这种混合溶液均匀涂于MO／玻璃或w／Al2O3衬底上，经干燥后放入炉中，在氢气中进行还原，一般衬底温度先保持在250℃-300℃之间，硝酸盐分解为氧化物，氧化铜还原为铜，然后再提高温度到550C，氧化钢还原这In，从而获得Cu-In合金膜。控制溶液中的Cu／In比和还原温度，即可得到合适的Cu／In合金膜。   

这种方法对于Cu、In化合物的用量是很少的，一般在一平方厘米的衬底上淀积1μm厚的各种金属膜，分别需要1.4×1O-5mol的铜化合物和6.36×1O-6mol的钢化合物。将用上述方法沉淀的Cu-1n合金膜在H2十H2h气氛中进行热处理，便可得到CulnSe2膜。   

一般用90％H2+10％H2众进行处理，流量为10ml-30m1／min，时间为30min-100min，硒化温度在400℃左右，在硒化过程中，因为In2Se3在400℃下便会蒸发，故沉淀富钢的Cu-In合金膜是必要的。此法的优点是，原料的利用率高，工艺简单，便于降低成本。

2．4．6电镀法沉淀Cu-In合金膜再进行硒化处理   

用铜、钢的盐溶液作为电镀液，用Cu或In或Cu-In合金作为阳极，导电衬底为阴极，在适当的浓度、温度、电流密度、pH值和搅拌条件下即可电镀。衬底一般用MO／玻璃。薄膜的均匀性一般受阳极、衬底（阴极）和镀槽的几何形状的影响。为了获得均匀的膜，要求上述装置具有对称性。薄膜与衬底的结合性与衬底表面的光洁度有关。

2．4．7电沉积叠层结构再硒处理   

按上述方法在衬底上先沉积一层Cu，然后再沉积一层In，形成叠层结构，即In／Cu／MO／玻璃结构，然后硒处理。也可以沉积各种各样的多层结构，如In／Cu／In／Cu…MO／玻璃。   

也可以在衬底上分别层积Cu、h、Se层结构，最后在硒气氛中或非硒气氛中热处理而得Cu1nSe2薄膜。2．4．8喷涂热解法和溅射法   可参考有关文献，这里不作详细介绍。

2.5. CdS／CulnSe2薄膜太阳电池     

由于CulnSe2薄膜材料具备十分优异的光伏特性，20年来，出现了多种以Cu1nSe2薄膜材料为基础的同质结和异质结太阳电池。主要有n-CulnSe2／p-CulnSe2、（InCd）S2／CulnSe2、CdS／CulnSe2、ITO／Cu1nSe：、GaAs／CulnSe2、ZnO／CulnSe2等。在这些光伏器件中，最为人们重视的是CdS／CulnSe2电池，所以这里主要以CdS／CulnSe2电池为例，对其结构和光伏性能作一些描述。

2．5．1 In-CdS／p-CulnSe2太阳电池   

一般由低阻的n型CdS和高阻p型CulnSe，组成，这种结构的电池一般有较高的短路电流Isc，中等的开路电压Voc和较低的填充因子FF。   

为了进一步提高该种结构电他的性能，首先必须降低电池的串联电阻，因此要降低CdS层的电阻，或者大幅度降低CulnSe2层的电阻，而保持CdS层高阻。然而，大幅度降低Cu1nSe2的电阻，同时又要保证具有单一物相的材料是很困难的，而在CulnSe2上生长低阻的CdS也是困难的，特别是电阻率小于1Ω·cm的CdS层几乎不可能。因此该种结构电他的性能未能得到大的突破。

2．5．2 pin型CdS／CulnSer太阳电池   

为了获得性能较好的CdS／CulnSe2电池，需要形成低阻（＜50kΩ／ □）CulnSe2层，实验发现，低阻CulnSe2材料与CdS接触时，在界面处会产生大量铜结核。结核的产生使电他的效率大为降低。pin型CdS／CulnSe2电池解决了这一问题。   

i层由高阻的n型CdS和高阻的P型CulnSe2组成，避免了Cu结核的形成。n层由低阻的n型CdS形成，具有较低的体电阻，而且与上电极的接触电阻也较小。p层由低阻的p型CulnSe2组成，同样具有较低的体电阻和背接触电阻，而且由于和高电阻p型层形成了背场，有利于Voc的提高。

2.5.3 （ZnCd）S2／CulnSe2太阳电他   

为了进一步提高电他的性能参数，以ZnxCd1-x代替CdS制成ZnxCd1-xS／CulnSe2太阳电池。 ZnS的掺入，减少了电子亲和势差，从而提高了开路电压，同时提高了窗口材料的能隙Eg，改善了晶格匹配，从而提高了短路电流Isc。2．6国外CulnSe2薄膜太阳电池发展情况   

许多大公司已开始大规模地实施制造薄膜太阳电池的计划。最近西门子公司已向美国可再生能源实验室（NREP）提供了由28个39W组件构成的lkW薄膜太阳电池方阵，其中最好的组件经美国国家可再生能源实验室确认，面积为3665cm2，输出功率达到40.6W，转换效率为11.1％，这一光伏方阵体现了薄膜技术优异的性能——高效率、低成本、高稳定和大面积。美国国家可再生能源实验室研究的含嫁的硒钢铜薄膜太阳电池（CIGS），其转换效率达到18．8％。从中可以看到C1S薄膜技术突飞猛进的发展。

2．7国内CulnSe2薄膜太阳电池发展情况   

我国的CulnSe2薄膜太阳电池研究始于80年代中期。内蒙古大学、南开大学、云南师范大学、中国科学院长春应用化学研究所等单位先后开展了这项研究。1986年长春应用化学研究所用喷涂法制备了C1S薄膜。薄膜具有黄铜矿结构，并制备了全喷涂C1S／CdS太阳电池，电池具有光伏效应。1990年内蒙古大学采用双源法，研制了pin CdS／CulnSe2薄膜太阳电池，经天津电源研究所测试，面积为0.9cm×0.9cm，效率为8．5％。南开大学采用蒸发硒化法制作CulnSe／C北薄膜太阳电池，面积为0.1cm2和lcm2的太阳电池，其效率分别达到7.62％和7.28％，5cm×5cm电他的平均效率为6.67％。   

我国该技术仍处于实验室阶段，而且处于较低的水平，投入很少，进展缓慢。因此，急需加快研究和开发力度，加大对薄膜太阳电他的投入，尽快向工业化生产过渡，将薄膜太阳电池作为21世纪优先发展的高科技项目。近期内，对CulnSe2薄膜太阳电池的研制，通过控制Se、In、Cu三元素配比和蒸发速率，以获得重复性好、化学计量比符合要求，具有黄铜矿结构的硒钢铜薄膜，用化学成膜法制备致密和均匀的CdS薄膜，用溅射法制备ZnO薄膜。期望近期内，光伏转换效率能达到10％左右，为21世纪大规模发展Cu1nSe2薄膜太阳电池奠定基础。3.多晶薄膜CdTe材料与CdTe／CdS太阳电池     

在薄膜光伏材料中，以CdTe为基体的薄膜光伏器件，在光伏科技界具有极大的吸引力。CdTe已成为人们公认的高效、稳定、廉价的薄膜光伏器件材料。CdTe多晶薄膜太阳电池转换效率理论值）在室温下为27％，目前已制成面积为lcm2，效率超过15％的CdTe太阳电池，面积为706cm2的组件，效率超过10％。从CdTe多晶薄膜太阳电他目前已达到的转换效率、可靠性和价格因素等方面看，它在地面太阳光伏转换应用方面，发展的前景极为广阔。

3.1薄膜材料的制备方法   

制备CdTe薄膜方法主要有：（1）CsS，（2）电镀，（3）丝网印刷，（4）化学气相沉积CVD，（s）物理气相沉积PVD，（6）MOCVD，（7）分子束外延MBE，（8）ABE，（9）喷涂，（10）溅射，（11）真空蒸发，（12）电沉积等。   

CSS方法制备CdTe薄膜的优点是，蒸发材料损失少，结晶方向好，光伏特性优良。在沉积过程中引入少量的氧，加强了CdTe的p型特性。用CSS方法制备的小面积单体CdTe电池最高效率达到15．8％，最好的大面积（6728cm2）CdTe电池，有效面积效率为9.1％。制作大面积、廉价的CdTe太阳电池，电镀方法很有潜力。

3．2结构特性   

CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物，是直接带隙材料，其带隙为1.45eV，它的光谱响应与太阳光谱十分吻合。电子亲和势很高，为4.28eV。具有闪锌矿结构的CdTe，其晶格常数α=1.6477×l0-8cm，不同的制备方法其结构特性有一定的差异。

3．3光学特性     

由于CdTe膜具有直接带隙结构，所以对波长小于吸收边的光，其光吸收系数极大，厚度为1μm的薄膜，足以吸收大于CdTe禁带能量的辐射能量的99％，因此降低了对材料扩散长度的要求。   

在薄膜沉积过程中，沉积参数对热蒸发方法获得的CdTe薄膜的光吸收有影响。对于不同厚度的CdTe薄膜，吸收系数随吸收限和吸收限附近入射光子能量而变化。实验表明，膜越薄，吸收系数越高，带边与膜厚度无关。薄膜的吸收系数与生长温度有关，衬底温度在较低温度范围内，尤其是衬底温度小于150°C时，吸收系数较小。当衬底温度大于200°C时，沉积膜的吸收系数随衬底温度的变化不明显。当衬底温度从20℃增加到250°C时，吸收边从1.40eV变化到1.48eV。   

沉积速率和吸收边的关系为，沉积速率增加，薄膜吸收系数变化不大，而且所有薄膜有相同的吸收边。

3.4 电学特性     

CdTe为Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，其结构与Si、Ge有相似之处，即其晶体主要靠共价键结合，但又有一定的离子性，因此与同一周期的W族半导体相比，CdTe的结合强度很大，即其电子摆脱共价键所需能量更高。因此，常温下，CdTe的导电性主要由掺杂决定。薄膜组份、结构、沉积条件、热处理过程对薄膜的电阻率和导跑类型有很大影响。     

用CSS法制备的CdTe薄膜，当衬底温度升高时，薄膜串联电阻降低2个数量级，这是由于沿H<002>、C<111>优势晶向的增长和晶粒尺寸的增加，引起自由载流子迁移率增加的结果。     

当蒸发温度由550°C增加到650°C时，所获得的薄膜晶粒尺寸减小，使薄膜的串联电阻增加。当蒸发温度高于650°C时，电子输运沿H<002>、C<111>优势晶向和晶粒尺寸的增加占主要地位，这时由于迁移率增加，从而引起薄膜串联电阻下降。实验结果表明，薄膜的串联电阻的最大变化是由氧偏压和豚衬底间距引起的。只有适当的氧偏压和源一衬底间距，才能使薄膜串联电阻从7×108Ω（1.4×104Ω.cm）变化到2×102Ω（0.4Ω·cm）。同样，增加氧偏压，减小源-衬底间距也能使电阻率降低。另一方面，反应室内氧偏压也能增加电导率，因为氧气与Te反应生成TeO2，而TeO2由泵系统从反应室中排除，这有利于生成富Cd层的CdTe。     CSS制作CdTe时，氧很重要。氧使吸收体内受主密度增加，CdTe成核位置密度增加，针孔密度减小，晶粒尺寸减小，另一方面，在CSS沉积CdTe过程中，因为在氧中沉积引起CdTe膜不均匀氧化，造成源流量减少。氧在CdTe膜上引起的表面形貌有0．5-10μm的高度，这是源材料通过粒子反射引起的，这些影响使器件的效率降低。

3．5 CdTe／CdS太阳电池     

CdTe／CdS薄膜太阳电他的理论值为，开路电压1050mV，短路电流30.8mA／cm2，填充因子83.7，转换效率～27％。     表：列出了比较典型的制备的CdTe／CdS太阳电池和组件的性能，同时列出了相应的研究组织。所有高效CdTe／CdS太阳电池都采用上覆盖器件结构。下面详细介绍几种制备方法和电池性能。      

3．5．1 丝网印刷烧结法   

丝网印刷烧法具有工艺简单，生产速度快，易于大面积制作，掺杂容易，成本低等优点。目前利用此方法制作的CdS／CdTe太阳电池，面积为4.6cm2，效率12．8％，30cm×30cm面积电池的效率为8．5％。     

CdS／CdTe太阳电池是在玻璃衬底上分别印刷烧结一层n-CdS和p-Cdh薄膜构成。首先将经过焙烧挥发去除杂质的CdS粉未研磨成小颗粒，烘干后再加入12％重量的CdCl2助溶剂，用丙二醇调制成CdS膏浆。用涤纶或尼龙丝网将CdS浆印刷在玻璃衬底上并烘干。印刷好的CdS膜在N2气中680C下，烧结30min左右即可完成CdS薄膜的制备。接着在CdS薄膜上制备CdTe薄膜。类似于CdS薄膜，将相同重量的Cd和Te粉加入0．5％重量的助溶剂CdCl2和适量丙二醇制成（Cd＋Te）膏浆，然后用尼龙丝网将此膏浆印刷于CdS膜上。在N2气中620℃下烧结60min后，便形成CdTe膜。最后是制备电极。在CdTe膜上，通过印刷和烧结碳形成电极。p-CdTe是用Cu作掺杂剂形成的。在选用的碳膏中含有50×l0-6的Cu，在300℃下烧结碳电极的同时，其中的Cu向CdTe中扩散使其成为p型。于是n-CdS与其上的p-CdTe便形成了p-n结。还需要在CdTe膜的碳电极上印刷银膏作为上电极。     

用丝网烧结制备CdS／CdTe异质结太阳电池过程中，这个体系发生了十分复杂的物理和化学变化。产生了许多气态和固态的副产物，这样使得工艺条件难以控制，从而影响工艺重现性和太阳能电池性能的稳定性。

3．5．2周期性电脉冲沉积法   

用周期性脉冲电化学沉积技术制备Cds／CdTe太阳电池有以下优点：（1）可将膜沉积到所要求的衬底材料上，所以能大大降低材料成本；（2）所用设备简单便宜；（3）对一转换效率大于10％的太阳电池，同种溶液可长期使用，一般可用8-9个月；（4）由于沉积参数易于控制，薄膜质量的重现性很好；（5）能很好地控制U、Te和5的比例，并能获得高纯度薄膜材料。   CdS膜的电镀液是将分析纯的CdCl2和高纯水（18MΩ·cm）制成含有0．2MCd2+的溶液，在90℃和5mV电位下电纯化12h之后，加入硫化钠形成0.01MS2032-溶液，并加入HCI使pH值达到2，衬底材料为FTO／玻璃，方波脉冲电源加于溶液槽中正负电极上。阳极电位为+0.6V（SCE）。脉冲时间2s，阴极电位0.955V（对SCE），脉冲时间1s。沉积2h后，衬底上呈现100nm～110nm原黄色CdS膜。 CdTe溶液是用分析纯C北和高纯水制成2.5MC2+溶液，并在10mV电位下电纯化12h，加入H2SO4调节pH值达到2。在溶液中加入光谱纯的Te棒，然后使溶液中HTeC矿浓度达到120×l06，分别加入脉冲宽度为1s，电势为＋0.4V和一0.75V于溶液电极上，经过90min电沉积，2；Lm厚的CdTe便在衬底上产生。   

将制备好的玻璃／FTO／CdS／CdTe很快地（约为1s）转移到高纯水（约90℃）中，并缓慢地冷却到室温。然后将此样品用氮气冲干，并在真空中（1．33Pa）保持12h。接着在空气中400℃下退火处理15min后，CdS／p一CdTe异质结太阳电池便形成了。再利用比例为1：＝的碳酸与铬酸钾溶液腐蚀2s，用高纯水漂洗数次烘干即可蒸发铜和金电极。   

利用此方法制备CdS／CdTe太阳电池，转换效率约为10.8％，开路电压Voc≈753mV，短路电流Isc≈23.6mA／cm2，填充因子FF≈0.61。电脐电压。温度曲线测量表明，理想因子A随温度而变。当温度从344K变到202K时，A从1．88增加到4．49。而电压因子以在约6K以上几乎是常数。通过电容电压特性测量可知扩散势为1.2eV，电离电荷密度为5.9×1015cm-3。从开路电压随温度变化特性测出势垒高度为1.42V。3．5．3高温喷涂法   

高温喷涂法是将CdCl2和硫豚溶液喷涂在加热的衬底上形成n-CdS膜。衬底一般用p-CdTe单晶材料。衬底加热到450C便形成n-CdS／p-CdTe异质结太阳电池，其转换效率大子6％。热处理后能改变太阳电他的性能，例如在420C下氢气中处理5min后，它的开路电压由原来0．55V增加到0．66V，短路电流由 1.77mA／cm2增加到9.08mA／cm2。3．5．4高效多元化合物叠层多结太阳电池     

为了提高转换效率，将CdTe、CdS和CulnSe2用Zn、Hg、Mn和Ga等取代Cd、In制成CdHgTe、CdZnTe、CdZnS和CuGaSe2等太阳电池。如CdHgTe／CdS和SnO2／CdTe太阳电池，其效率已达10％。这些新材料带隙不同并随成份改变而改变。最近发展起来的一种按带隙大小排列的叠层电他，其效率大为提高。如果顶端带隙最大向下排列得到二电池的叠层电池理论效率可达37％，三电池达40％。   

制备CdTyCdS太阳电池时，常发生互扩散，Te扩散入CdS层中形成CdS1，它具有纤锌矿结构，带隙小于CdS，Te扩散进窗口层降低了器件的Jsc，相似S扩散入CdTe内形成具有纤锌矿结构合金CdTe1-xSx， 带隙小于CdTe，CdTe／CdS内表面互扩散效应，对太阳电池效率是否有利尚不明确。

3. 6 环境与安全     

大规模使用CdTe光伏技术的一大障碍和Cd的毒性有关。有效地处理废弃和破损的CdTe组件，技术上很简单。而Cd是重金属，有剧毒，Cd的化合物·与Cd一样有毒。主要危险是其尘埃通过呼吸造成对人类和其它动物的危害。因此对破损的玻璃片上的Cd和Te应去除并回收。损坏或废弃的组件必须妥善处理或用60％H2SO4＋1.5％H202处理。

3．7国内外发展现状与趋势   

CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。 1998年第二届世界光伏太阳能转换会议上，日本Matsushita Battery报道了CdTe太阳电池转换效率达到16.0％，Siemens报道了面积为3600cm2电池转换效率达到11.1％的水平。美国国家可再生能源实验室提供了Solar Cells lnc的面积为 6879cm2CdTe薄膜太阳电池的测试结果，转换效率达到7．7％；Bp Solar的CdTe薄膜太阳电池，面积为4540cm2，效率为7．8％，面积为706cm2的太阳电池，转换效率达到10.1％；Goldan Photon的CdTe太阳电池，面积为3676cm2，转换效率为7．7％。   

在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的CdTe薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。1998年美国的CdTe电池产量为0.2MW，日本的CdTe电池产量为2.0MW。德国ANTEC公司将在Rudisleben建成一家年产10MW的CdTe薄膜太阳电池组件生产厂，预计其生产成本将会低于＄1.4／w。该组件不但性能优良，而且生产工艺先进，使得该光伏组件具有完美的外型，能在建筑物上使用，既拓宽了应用面，又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低。BP Solar公司计划在Fairfield生产CdTe薄膜太阳电池。而Solar Cells公司也将进一步扩大CdTe薄膜太阳电池生产。   

我国的CdTe薄膜太阳电池仍处于实验室基础应用研究阶段。有关CdTe薄膜太阳电池研究，除了内蒙古大学对电沉积n一CdTe薄膜的研究报道外，很少有这一领域的研究报道。今后我国在CdTe薄膜太阳电池领域应加大研究和开发力度，尽快向工业化生产发展，重点将在以下几个方面进行：研究CdS化学沉积方法及处理技术；CdTe的近空间升华沉积技术；Cu掺杂ZnTe蒸发设备及沉积技术。以期获得性能良好的 CdTe／Cds太阳电池，在近期内小面积CdTe／CdS薄膜太阳电他的转换效率力争达到13％，以缩短和世界水平的差距。

4 .晶体硅薄膜的制备方法及晶体硅薄膜太阳电池   

为了进一步降低晶体硅太阳电池的成本，近几年来，各国光伏学者发展了晶体硅薄膜太阳电池。即将晶体硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电他的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电他的高性能和稳定性，而且使硅材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。利用晶体硅薄膜制备太阳电池的基本要求为：（1）晶体硅薄膜厚度为5-150μm；（2）增加光子吸收；（3）晶体硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍；（4）少数载流子扩散长度至少是厚度的一倍；（5）衬底必须具有机械支撑能力；（6）良好的背电极；（7）背表面进行钝化；（8）良好的晶粒间界。

4．1 晶体硅薄膜的制音方法

4．1．1 半导体液相外延生长法（LPE法）   

LPE法生长技术已广泛用于生长高质量的外延层和化合物半导体异质结构，如GaAs、AIGaAs、Si、Ge、siGe等。LPE可以在平面和非平面衬底上生长，能获得结构十分完美的材料。用LPE技术生长晶体硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池，近年来引起了广泛兴趣。   

LPE生长可以进行掺杂，形成n-型和p-型层，LPE生长设备为通用外延生长设备，生长温度为300°C-900°C，生长速率为0.2μm-2μm／min，厚度为0.5μm-100μm。外延层的形貌决定于结晶条件，并可直接获得具有绒面织构表面的外延层。

4．1．2 区熔再结晶法（ZMR法）   

在硅（或其它廉价衬底材料上）形成SiO，层，用Lp-CVD法在其上沉积硅层（3μm-5μm，晶粒尺寸为0.01-0.μm），将该层进行区熔再结晶（ZMR）形成多晶硅层。   

控制ZMR条件，可使再结晶硅膜中的腐蚀坑密度由1×I07cm-2下降到1-2×106cm-2，同时（100）晶相面积迅速增加到90％以上。为了满足光伏电池对层厚的要求，在ZMR层上用CVD法生长厚度为50μm-60μm的硅层作为激活层，用扫描加热使其晶粒增大至几毫米，从而形成绝缘层硅结构（SOI），激活层为p型，电阻率为1Ω·cm-2Ω·cm。为获得高质量的激活层，在进行Lp-CVD前，对ZMR层表面进行HCI腐蚀处理。   

为制备多晶硅薄膜太阳龟池，在激活层表面进行腐蚀形成绒面织构，并在其上进行n-型杂质扩散形成p-n结，然后进行表面钝化处理和沉积减反射层，并制备上电极，进行背面腐蚀和氢化处理，制作背电极，即制成多晶硅薄膜太阳能电池。   

上述结构不但有效地降低串联电阻，还能增加背反射。在10cm×10cm面积上获得转换效率为14. 22％的多晶硅薄膜太阳电池。

4．1．3 等离子喷涂法（PSM）   

采用DC一RF混合等离子系统。以纯度为99.9999％，粒度为50μm一150μm的p-型晶体硅粉作为原材料，用Ar气作为携带气体，由DC-RF等离子体进行喷涂。原料贮存盒和携带气体管道涂覆Si-C-N-O化合 物，防止金属杂质污染。   

硅粉在高温等离子体中加热熔化。熔化的粒子沉积在衬底上，衬底由加热器加热，沉积前，用红外热偶测试衬底温度，使之保持在1200℃，沉积室由不锈钢制成，用无油泵抽真空，其真空度为1.33×10-2pa。等离子体由Ar和少量H构成，沉积时压强为8×10-8pa。沉积的多晶硅膜厚度为200μm-1000μm。多晶硅晶粒尺寸为20μm-50μm，沉积速率大于10μm／s。   

用等离子体喷涂沉积多晶硅薄膜太阳电池，全部采用低温等离子CVD工艺。用碱或酸溶液腐蚀沉积的多晶硅层，在其上于200℃用等离子CVD形成厚度约200×10-8cm的微晶硅作为发射层，并制备ITO减反射层和银浆电极构成太阳电池。面积为lcm2，在AM1.5、100mW／cm2条件下，电他转换效率为了η=4.3%。

4．1．4叠层法   

在较低的温度300℃下，用叠层技术，在经预先氟化处理的玻璃衬底上沉积多晶硅薄膜，该方法类似于沉积a-Si：H薄膜。在低温下用等离子增强化学气相沉积法（PELVD）沉积大面积多晶硅薄膜。   

一般，p。型掺杂多晶硅薄膜用叠层技术沉积，其厚度为0.28mm～5.78mm。典型的沉积条件为：SiF4流量为60SCCm，氢流量为15SCCm，沉积温度为300℃，微波功率为200W，压强为53.3Pa。进行卜型掺杂沉积时，在氢气中混合10ppmPH3，流量为18SCCm。每次沉积持续和原子氢处理时间为10s。由于沉积时，掺杂用的PH3和源SiF4加入氢等离子体区域，这样可以较好地控制膜中的P和Si的比例。   

在100K-400K温度范围内，用霍尔效应和电导测量确定其载流子输运特性。实验表明，材料结构是膜厚的函数，霍尔迁移率随膜厚度增加而增加，样品的最高迁移率区是在薄膜表面附近。载流子电导由晶粒问界势垒决定。

4．1．5化学气相沉积法（CVD）   

用化学气相沉积法（CVD），在铝陶瓷衬底上沉积3μm-5μm的硅薄膜。为了获得高质量的硅薄膜，铝陶瓷衬底上预先沉积Si3N4／SiOx双层膜。在硅薄膜沉积时，引入硼掺杂。用CW-Ar激光束溶化沉积的硅膜，在氮气氛中，400℃-500℃下再结晶。   

制备薄膜太阳电池时，用常规方法进行P扩散和沉积ITO膜，用氢等离子处理来钝化晶体缺陷。电池也可采用MgF2（110×10-8cm）／TiO2（650×l0-8cm）双层减反射膜，MgF2层用电子束蒸发方法沉积，TiO2层用常压CVD沉积。该方法制备的太阳电池厚度为4．2μm，短路电流为25.5mA／cm2，开路电压为0.48V，FF为0．53，η=6.52％。

4．1．6固相结晶法（SPC）   

开始材料a-Si用SiH，或Si2H，辉光放电沉积在平面或绒面衬底上，沉积时加A PH3，形成p。掺杂层，其作用起增强晶核和形成大晶核的作用。p-掺杂层典型的厚度为170nm，在其上沉积不掺杂的a-Si层。通过改变沉积条件，如压力，RF功率等来改变不掺杂的a-Si层的结构。沉积后，在真空中600℃下进行退火，使a-Si层进行固相结晶，形成多晶硅。   

用Raman光谱研究未掺杂a-Si结构和多晶硅膜关系，经Secco腐蚀显露出晶界，用扫描电镜测量晶粒尺寸和密度。用上述SPC法制备的多晶硅薄膜电池，其结构为衬底采用钨，SPC后n型多晶硅层厚度为～10μm，在n型多晶硅上沉积卜型a-Si和p型a-Si，其厚度为～10μm，在p型a-Si上沉积～70nm的ITO膜，并沉积金属电极。制作的多晶硅太阳电池，面积为1cm2，转换效率为6．3％，当波长为900nin时，电他的收集系数为51％，电他少数载流子扩散长度为11μm，最高短路电流为28.4mA／cm2。p型掺杂层的P掺杂大于1020cm-3。

4．2 国内外发展现状与趋势   

晶体硅薄膜太阳电池，近年来在国外发展比较迅速。为了使晶体硅薄膜太阳电池达到商业化，努力将实验室结果推向市场，1988年制造出100cm2的薄膜太阳电池，其转换效率为8％。18个月后，其效率在同样面积下达到10.9％，3年半后12kw薄膜太阳电池系统投入市场。1994年底美国加利福尼亚区成功建立了17.1kW硅薄膜太阳电池方阵系统，这个系统电池是利用高温热分解喷涂法制备的。在薄膜电池上覆盖了一层抗反射层，硅薄膜晶粒为毫米级，具有宏观结构特性，减少了兰色和远红外光的响应。   

1997年召开的26届IEEE PVSC，14届欧洲PVSEC和世界太阳能大会报道了Uvited Solar Systemn薄膜硅太阳电池，转换效率为16．6％，日本的Kanebo为9.8％，美国NREL提供的测试结果,USSA的Si／SiGe／SiGe薄膜电池，面积为903cm2，转换效率为10.2％，功率为9.2W。   

我国晶体硅薄膜太阳电他的研究仍处于实验室阶段。1982年长春应用化学研究所韩桂林等人用CVD法，在系统中采用高频加热石墨，系统抽真空后通氖气以驱除残留气体，加热石墨至所需温度，随即通入混合气体，在1100℃-1250℃下，SiCl4被H2还原，硅沉积在衬底上。研究了多晶硅薄膜的生长规律并对膜的基本物理特性进行研究。1998年北京市太阳能研究所赵玉文等报道了以SiH2Cl2为原料气体，采用快速热化学气相沉积（RTCVD）工艺在石英反应器中沉积多晶硅薄膜。气源为H2和SiH2Cl2的混合物，石英管内配有石墨样品托架，采用程控光源将石墨样品托架加热到1200℃。试验所用衬底为重掺杂磷非活性单晶硅片或非硅质底材。在1030℃下薄膜生长速率为10nm／s，研究了薄膜生长特性，薄膜的微结构，并研制了多晶硅薄膜电池，电池结构为金属栅线／p+多晶硅膜／n多晶硅膜／n++C-硅／金属接触。采用扩硼形成p+层，结深约为1μm，电池面积为1cm2，AM1.5、100mV／cm2条件下，无减反射涂层，电池转换效率为4.54％，Jsc＝14.3mA／cm2，Voc=0.460V，FF=0.67。   

我国晶体硅薄膜太阳电池研究水平与国际水平相差较大，应加速发展。在廉价衬底上形成高质量的多晶硅薄膜，研究衬底与硅膜之间夹层，用以阻挡杂质向硅膜扩散，并研制出具有较高转换效率的多晶硅薄膜电池，在近期内使其转换效率能达到10％左右，为工业化生产作准备，以期成本能降低到＄1/w左右。5. 有机半导体太阳电池   共轭高分子聚合物材料由于沿着其化学链的每格点已轨道交迭形成了非定域化的导带和价带，因而呈现半导体性质。通过适当的化学掺杂可达到高电子迁移率，禁带宽度为几个电子伏特。有机半导体有许多特殊的性质，可用来制造许多薄膜半导体器件，如：场效应晶体管、场效应电光调制器、光发射二极管、光伏器件等。用有机半导体制造太阳电池工艺简单、重量轻、价格低、便于大规模生产。   

用于光伏器件的高分子材料主要有酞青锌（ZnPc）、甲基叶林（TTP）、聚苯胺（PAm）、聚对苯乙炔（PPV）等。一般用金属电极与有机半导体之间形成肖特基势垒和产生的内建电场，离解光生激子成为自由载流子并驱动载流子在有机半导体中传输。以PPV为例，制作太阳电池过程如下：先在透明玻璃上沉积透明导电膜ITO层，再用旋转法将PPV溶液涂于ITO层上，然后在250℃下加热使溶液转换成PPV。 PPV的厚度控制 在100nm左右。最后利用热蒸发将金属A1、Mg或Cd沉积于PPV上，这样制备成金属／PPV／ITO结构光伏二极管。

  有机半导体光伏器件中光生载流子的产生依赖界面之间的电场，即只有扩散到金属／有机界面的激子才能够有效地转化为自由载流子。因而肖特基型有机太阳电他光伏特性与电极性质有关。同时金属电极透光性差，又能促使激子复合，以及金属电极表面态又是自由载流子的强复合中心，所以导致了金属／有机半导体太阳电池的填充因子很低。例如Mg／PPV太阳电池的填充因子只有0.2。   

为了提高填充因子，改进太阳电池的特性，利用有机半导体与有机半导体形成双层p-n异质结的系统。这种结构可使内建电场存在的结合面与金属电极隔开。例如用PPV作为p。型半导体，Perylene为卜型半导体，构成ITO／PPV（90nm）／Perylene（120mm）／Al结构的太阳电池、在晴场下3V偏压时，其整流比率大子105。在490nm波长和0.27mWcm-2功率的光照下，开路电压约为IV，短路电流量子产额大于6％。激子的扩散长度约为9×10-9m。   

双层有机半导体异质结太阳电池不同于单层电他的另一个关键性的原因是，有机／有机界面决定其光伏性质而不是有机／电极界面。有机／有机界面区控制着光生载流子的产生，界面内建场提供了自由载流子输运到电极的驱动力。表3列出了几种有机半导体异质结太阳电池的主要参数。   

经理论分析表明，异质结北红（Me-pTC）／铝氯酞青（CIAiPc）太阳电池最佳厚度为3×10-8m时，电池的理论转换效率最大可达4.76％。而单层份青膜层厚度为2×10-8m时，其单层肖特基电池的最大转换效率为1.0％。另外北红和铝氯酞青在真空沉积过程中，酞育分子呈有序排列，因而激子扩散长度（1.5×10-8m）比份菩层（无序结构）中的激子的扩散长度（6×10-8m）长得多。   

目前所有的非晶有机半导体或掺杂的高分子聚合物的一个突出问题是，低的载流子迁移率，即迁移率仅约10-8到10-2cm2／Vs。一般电子迁移率低于空穴迁移率。无序有机材料荷电粒子的传输主要是通过跳跃式过程进行的，即中性分子和荷电衍生物之间单电子氧化一还原过程。荷电粒子的跳跃速率或迁移率主要受无序性对电荷电粒子传输位置的影响。因此增加分子有序或减少无序性是增强迁移率的一种有效办法。最近Lin等人利用真空共蒸发的方法将NTDI（N，N’bis（1.2-dimeethy1propyl-1，4，5，8-naphthal-enetetracarboxylic diimide）TTA （triI-to1ylamine）形成组份薄膜，其组份比例0.55／0.45。这种NTDI／TTA组份有机半导体薄膜的电子迁移率比单一的NTDI膜增加了4-6倍。另外，在125℃的衬底温度下，真空蒸发CuPc形成的膜，其载流子迁移率达到002cm2／Vs。利用透射和扫描电子显微镜观察发现，在125℃下形成的CuPc膜是由尺寸为50nm×260nm棒状小晶体组成，已成为结晶薄膜，所以大大地增强了迁移率。      

  *理论值综上所述，选择最佳有机半导体材料、提高转换效率和稳定性等诸多方面问题，需要进行大量的工作才能解决，只有这样有机半导体太阳电池才能达到实际应用水平。

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9．多晶硅薄膜太阳电池
１.前言

如果问人类在２１世纪面临的最大挑战是什么，答案肯定是环境污染和能源私有制。这两个问题已经变成高悬在人类头顶上的达摩克利斯利剑。人类在努力寻找解决这两个问题方法时发现，太阳能的利用应是解决这两个问题的最好方案。

太阳能是地球上取之不尽的能源。人类利用太阳能的想法由来已久，最早是将它转换为热能加以利用，后来光伏效应的发现使太阳能转化为电能成为可能，以致使太阳能利用领域更加广阔。早在本世纪５０年代，第一个实用性的硅太阳电池就在美国贝尔实验室内诞生了。不久，它即被用于人造卫星的发电系统上。迄今为止，太空中成千的飞行器都装备了太阳电池发电系统。尽管如此，太阳电池在地面的应用却一直未得到广泛重视，直到７０年代世界出现“石油危机”，地面大规模应用太阳电池发电才被列上许多国家的议事日程。当时太阳能发电主要使用的是单晶硅太阳电池。进入８０年代中期，环境继能源之后，又成为国际社会普遍关注的焦点之一，全人类又都把目光集中到解决这两个问题的交叉点---太阳能光伏发电上，从而大大加速了开发利用的步伐。此后，随着生产规模的不断扩大、技术的日益提高，单晶硅太阳电池的成本也逐渐下降，１９９７年每峰瓦单晶硅太阳电池的成本已经降到５美元以下。单晶硅太阳电池虽然在现阶段的大规模应用和工业生产中占主导地位，但是也暴露了许多缺点，其主要问题是成本过高。受单晶硅材料价格和单晶硅电池制备过程的影响，若要再大幅度地降低单晶硅太阳电池成本是非常困难的。作为单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳电池，其中包括非晶硅薄膜太阳电池，硒铟铜和碲化镉薄膜电池，多晶硅薄膜太阳电池。在这几种薄膜电池中，最成熟的产品当数非晶硅薄膜太阳电池，在世界上已经有多家公司在生产该种电池的产品，其主要优点是成本低，制备方便，但也存在严重的缺点，即非晶硅电池的不稳定性，其光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，另外非晶硅薄膜太阳电池的效率也较低。一般在８％到１０％，硒铟铜和碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，成本较单晶硅电池低，并且易于大规模生产，还没有效率衷减问题，似乎是非晶硅薄膜电池的一种较好的替代品，在美国已有一些公司开始建设这种电池的生产线。但是这种电池的原材料之一镉对环境有较强的污染，与发展太阳电池的初衷相背离，而且硒、铟、碲等都是较稀有的金属，对这种电池的大规模生产会产生很大的制约。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅量远较单晶硅少，又无效率衷减问题，并用有可能在廉价底材上制备，其成本预期要远低于体单晶硅电池，实验室效率已达１８％，远高于非晶硅薄膜电池的效率。因此，多晶硅薄膜电池被认为是最有可能替代单晶硅电池和非晶硅薄膜电池的下一代太阳电池，现在已经成为国际太阳能领域的研究热点。

２、多晶硅薄膜太阳电池的研究概况

多晶硅薄膜太阳电池的研究重点有两个方面，其一是电池衬底的选择，其二是制备电池的工艺和方法，但无论是哪一方面的研究都应满足制备多晶硅薄膜电池的一些基本要求：
（１）低成本 （材料和工艺）
（２）高效率
（３）易于产业化
对于衬底的选择必须满足以下一些条件：
（１）低成本
（２）导电（或绝缘，依结构设计而定）
（３）热膨胀系数与硅匹配
（４）非毒性
（５）有一定机械强度
比较合适的衬底材料为一些硅或铝的的化合物，如SiC，Si3N4，SiO2，Si，Al2O3，SiAlON，Al等，从目前的文献看有以下一些衬底:
（１）单晶硅
（２）多晶硅
（３）石墨包SiC
（４）SiSiC
（５）玻璃碳
（６）SiO2膜
目前，制备多晶硅薄膜的工艺方法主要有以下几种：
（１）化学气相乘积法（ＣＶＤ法）
（２）等离子体增强化学气相沉积法（ＰＥＣＶＤ法）
（３）液相外延法（ＬＰＥ）
（４）等离子体溅射沉积法
化学气相沉积（ＣＶＤ）法就是将衬底加热到适当的温度，然后通以反应气体（如ＳＩＨ２ＣＬ２、ＤＩＨＣＬ

３、ＳＩＣＬ４、ＳＩＨ４等），在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在衬底表面。这些反应的温度通常较高，在８００～１２００℃之间。人们发现，如果直接在非硅底材上用ＣＶＤ法沉积多晶硅，较难形成较大的晶粒，并且容蝗在晶粒之间形成孔隙，对制备较高效率的电池不利。因此发展了再结晶技术，以提高晶粒尺寸，其具体方法是：先用低压化学气相沉积（ＬＰＣＶＤ）法在衬底表面形成一层较薄的、重掺杂的非晶硅层，再用高温将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，用这层较薄的大尽寸多晶硅层作为籽晶层，在其上面用ＣＶＤ法生长厚的多晶硅膜。可以看出，这种ＣＶＤ法制备多晶硅薄膜太阳电池的关键是寻找一种较好的再结晶技术。到目前为止，再结晶技术主要有以下几种：
（１）固相晶化（ＬＡＲ）法
（２）区熔再结晶（ＺＭＲ）法
（３）激光再结晶（ＬＭＣ）法
固相晶化法需对非晶硅薄膜进行整体加热，温度要求达到１４１４℃的硅的熔化点。该法的缺点是整体温度较高，晶粒取向散乱，不易形成柱状结晶。区熔再结晶法需将非晶硅整体加热至一定温度，通常是１１００℃，再用一个加热条加热局部使其达到熔化状态。加热条在加热过程中需在非晶硅表面移动。区熔再结晶法可以得到厘米量级的晶粒，并且在一定的技术处理和工艺条件的配合下可以得到比较一致的晶粒聚向。激光退火法采用激光束的高温将非晶硅薄膜熔化结晶，以得到多晶硅薄膜。在这三种方法中以ＺＭＲ法最成功，日本三菱公司用该法制备的电池，效率已达16.42％，德国的ＦＲＯＮＨＡＵＦＥＲ研究所在这方面的研究处于领先水平。
等离子增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）法是利用ＰＥＣＶＤ技术在非硅衬底上制备晶粒较小的多晶硅薄膜的一种方法。该薄膜是一种Ｐ－Ｉ－Ｎ结构，主要特点是在Ｐ层和Ｎ层之间有一层较厚的多晶硅的本征层（Ｉ层）。其制备温度很底（１００－２００℃），晶粒很小（～１０－７Ｍ量级），但已属于多晶硅薄膜，几乎没有效率衷减问题。日本科尼卡公司在１９９４年提出这一方法，目前用这一方法制备的电池，最高效率已达10.7％。但是，该方法也存在生长速度太慢以及薄膜极易受损等问题，有待今后研究改进。
液相外延（ＬＰＥ）法就是通过将硅熔融在母液里，降低温度使硅析出成膜的一种方法，美国ASTRO POWER公司和德国ＭＡＸ－ＰＬＡＮＫ研究所对这一技术进行了深入的研究。前者用ＬＰＥ法制备的电池，效率已达12.2%，但技术细节十分保密。
等离子体溅射法是一种物理制备法，还很不成熟。其主要问题也是晶粒的致密度问题。
除了上述制备薄膜的方法外，在用多晶硅薄膜制备太阳电池器件方面人们也采取了一系列工艺步聚，以提高效率。这些工艺步聚包括：
（１）衬底的制备和选择
（２）隔离层的制备
（３）籽晶层或匹配层的制备
（４）晶粒的增大
（５）沉积多晶硅薄膜
（６）制备Ｐ－Ｎ结
（７）光学限制：上下表面结构化，上下表面减反射
（８）电学限制：制备背场（ＢＳＦ）和前后电极的欧姆接触
（９）制备电极
（１０）钝化：晶粒间界的钝化和表面钝化
目前，几乎所有制备体单晶硅高效电池的实验室技术均已用在制备多晶硅薄膜太阳电池的工艺上，甚至还包括一些制备集成电路的方法和工艺。表１总结了多晶硅薄膜太阳电池的进展情况。

３、北京市太阳能研究所的工作
北京市太阳能研究所从１９９５年开始研究多晶硅薄膜太阳电池，其目标是跟踪该领域世界发展情况，为今后产业化和降低成本打下坚实的基础，进而赶超世界先进水平。我们在薄膜太阳电池研究方面主要进行ＣＶＤ法和ＰＥＣＶＤ法研究。在ＣＶＤ方法的研究方面，我们自行设计加工了一台ＣＶＤ设备，并开展了生长单晶硅和多晶硅薄膜的研究。在重掺单晶硅衬底上用ＣＶＤ法外延生长得到２０ＵＭ的硅薄膜，在生长的同时掺入硼，使得硅薄膜成Ｐ型。再通过磷扩散在薄膜上形成Ｐ－Ｎ。在电池的正表面生长一层１１０ＮＭ的ＳＩＯ２膜，该膜具有减反射和表面钝化的双重作用。前电极采用光刻栅线的方法在ＳＩＯ２膜上开出电极栅线条，再用热蒸发法制备ＴＩ／ＰＤ／ＡＧ电极。在衬底的背面蒸镀ＡＬ或ＴＩ／ＰＤ／ＡＧ，得到背电极。用这种方法得到的硅薄膜电池的效率已达到12.11%。

在非硅底材上生长多晶硅薄膜的太阳电池的研究方面，我们主要研究在ＳＩＯ２和ＳＩ３Ｎ４膜底材上生长多晶硅薄膜电池。ＳＩＯ２膜与硅的晶格匹配较好，热膨胀系数也较相近，用ＳＩＯ２作衬底较佳。首先在ＳＩＯ２膜上直接用ＣＶＤ法沉积薄膜，得到晶粒尽寸为几十微米的多晶硅薄膜，但发现薄膜中晶粒之间有较大的孔隙，这些孔隙导致晶粒之间的电传导减弱，使得下下电极之间极易短路，以致电池效率很低。我们进一步采用ＬＰＣＶＤ法先在ＳＩＯ２膜生长一层晶粒很小、很薄的多晶硅薄膜，由于采用ＳＩＨ４热分解方法，使得在ＳＩＯ２膜上的选择性生长较弱，晶粒很致密。以这样一层微晶硅膜作为衬底，用ＣＶＤ法生长多晶硅厚膜，便得到了晶粒较致密的多晶硅薄膜。但由于作为籽晶层的微晶层中晶粒较小，其上生长的多晶硅薄膜中的晶粒也不大，影响了电池的效率，目前我们正在研制ＺＭＰ设备，以增大晶粒尽寸。

采用ＣＶＤ法必须有再结晶步聚，而再结晶一般均需很高温度，这样便大大提高了电池生产成本。我们正在研究能避免再结晶过程的薄膜电池制备方法。我们发现，在ＳＩ３Ｎ４膜上有ＣＶＤ法直接沉积可以得到很致密的多晶硅膜。熔融硅对ＳＩＯ２和ＳＩ３Ｎ４的浸润角不同，在ＳＩＯ２上的浸润角为８７度角，而在ＳＩ３Ｎ４膜上为２５度角，这样在生长时就会表现出不同的动力学过程。在ＳＩＯ２上生长时晶粒趋于收缩，使得晶粒间孔隙较大；而在ＳＩ３Ｎ４膜上生长时，晶粒趋于铺展，使得晶粒间孔隙较小。我们通过比较这两种衬底上生长的多晶硅膜的扫描电镜图象和Ｘ射线分析，发现这两种薄膜存在较大差异，我们正在研究在这种薄膜上制备电池。

在ＰＥＣＶＤ法制备多晶硅薄膜电池方面，我们自行研制了一台加热温度可达700℃的ＰＥＣＶＤ系统。通过改变衬底温度和ＳＩＨ４与Ｈ２的比例，得以在ＰＥＣＶＤ设备上得到多晶硅薄膜。用这种方法制备的Ｐ－Ｉ－Ｎ结构多晶硅电池，其开路电压达４３０ＭＶ，目前正在优化工艺条件，以得到更好的电池。

总之，多晶硅薄膜太阳电池已成为目前世界上光伏领域中最活跃的研究方向，人们期待研究工作获得突破，以大大降低太阳电池的成本，为解决能源和环境问题作出贡献。

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10．世界太阳能开发利用现状
在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在 常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源 的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得 到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。?
1.太阳能与化石能源的简要比较
1．1化石能源带来的问题
(1)能源短缺
由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能 延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。
(2)环境污染
当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。
(3)温室效应
化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。
1．2 阳能资源及其开发利用特点
(1)储量的“无限性”
太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。?
(2)存在的普遍性
虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。?
(3)利用的清洁性
太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。
(4)利用的经济性
可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明〔3〕，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。
1.3  21世纪后期太阳能将占主导地位
世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪， 太阳能的世纪。据权威专家估计，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中，太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能。正如世界观察研 究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期报告则指出，1997年全球太阳电池的销售量增长了40%，已成为全球发展最快的能源。
2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势?
人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异 军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归结为太阳能热利用和光利用两个方面。
2.1太阳能热利用及其产业发展?
根据可持续发展战略，太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之地。太阳能热利用具有广阔的应用领域，可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能)，包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。?
2.1.1 太阳能热水器?
在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早，但80年代的石油降价，加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向，使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道，1992年国外太阳能热水器总量为45万m2，其中日本为20万m2，美国为12万m2，欧洲为8万m2，其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后，许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力，仅据美国加州首府萨克门托市的计划，到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器；到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ，为世界其他各国销售量之和；1995年销售量翻番，达100万m2。据初步统计，1997年我国太阳能热水器销售量300万m2，目前，我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家，年产值20亿元，从业人数1.5万人能源工程，1999 ，(1)：59。但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达80%，日本为11%，台 湾达2.7%.〔6〕.，我国在千分之几左右，其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国际上，太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展，目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层，以减少热量损失；聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。
随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.，从中可以看出，太阳能热水器在经济上已具有较强的竞争力。??
表1三种热水器经济指标对比
项目品种寿命(年)         使用天数 (天)         购置费用?(元)         运行费用?(元)         总投资?(元)         备 注
太阳能热水器         10～15         300*2300         250         2550         均以日
产水量电热水器         5～8         300         1000         4500         550080kg
水温40燃气热水器         6         300         5003         700420         0～60℃计算
*有关专家认为该数字应为250天左右。??
2.1.2 太阳能热发电技术?
80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功率为354MW，约占当地电网容量的2%。9座电站中最大的容量为80MW，约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策，迫使第10号电站停建，公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电，它于1992年接收了破产的Luz公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造一座70MW的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座200MW的电站，同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站，每座200～300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年的悉尼奥运会，它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，为奥运村旅馆和运动会主会场提供10MW的电力。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目，计划于2003年完工，届时将是世界上最大的太阳能电站。此外，它的阿莫科石油公司将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站。?
目前，太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是：①30～80MW线聚焦抛物面槽式太阳热发电技术(简称抛物面槽式)；②30～200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 )；③7.5～25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技术中，抛物面槽式领先一步，美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术，目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站，功率为43MW，该电站成功运行两年后，两家美国电力公司计划建两座100MW的电站。为了提高塔式电站的效率，有人提出了一种新想法， 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置，采用甲烷重整工艺，以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是可行的，而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW，发电成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ号电站(80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到 8.9美分/kWh。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算， 如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh，如果不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh，而火力 发电站的成本为0.8元/kWh。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下的发电成本，结果表明，随着年产电量的增加，主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进，发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究，认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重要性，具有巨大的市场潜力。一方面，地中海国家技术水平高、资金雄厚，且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础；另一方面，未来几十年里，地中海国家能源需求量大，每年要新增5～6GW，加之该地区太阳能资源丰富，年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2，太阳热可发电容量达1200GW，是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中海地区广阔的太阳能热发电市场。?
2.2太阳能光电技术及其产业?
2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源?
50年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说，1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW，相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能。?
2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键?
当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过150MW，是1944年产量的两倍还多， 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达14%，实验室最大效率为19.8%；非晶硅太阳电池的稳定效率，单结6～9%，实验室最高效率为12%，多结电池为8～10%，实验室最高效率为11.83 %.。由于 生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3～3.5美元/W p，售价也相应降到4~5美元/Wp；非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元，多结售价为4～5 美元/Wp。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低20%。最近，瑞士联邦工学院M•格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使用起来也更加简便。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及 售价将会大幅下降。表4为地面用光伏组件成本/价格的预测结果，表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计。对比表4、表5，可以看出，2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发展时期。??
表2世界光电组件的产量及年增长率
年份1989199019911992199319941995199619971998
年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612
表3商品化光伏直流组件效率预测(%)
电池技术199019952000 2010
单晶硅12151822
浇铸多晶硅11141620
带状硅12141721
聚光器(光电池)17202530
非晶硅(包括叠层电池)5～67～91014
CuInSe\-2-8～101214
CdTe-8～101214
低成本基片硅薄膜-8～101215
球粒电池-101214
表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)
电池种类\年份 1990199520002010
单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00
多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00
聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67
非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25
薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25
CIS   2.00/3.331.20/2.000.75/1.25
CdTe  1.50/2.501.20/2.000.75/1.25?
表5太阳能电池成本与市场的关系
太阳能电池成本?(美元/峰瓦)可进入的市场
＞6少量应用2～5通信、边远地区
1～2城市屋顶系统＜1大规模发电
2．2．3光伏新技术发展日新月异?
近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转换效率的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②表面光反射损失；③光传导损失； ④内部复合损失；⑤表面复合损失。针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：① 单双层减反射膜；②激光刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题；⑤高效背反射器技术；⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用，发明了不少新的电池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池，约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5～8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难 以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此， 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望10年内使该项技术商业化。?
高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的改观。?
(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池.：1974年CIS电池在美国问世，1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%，由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%，多晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。?
(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、工序少、价廉高效等优点
(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率，这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/Wp的成本获得超高效率。?
(4)大面积光伏纳米电池：1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ，用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为12%的低成本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。?
2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃?
随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前，已建成多座兆瓦级光伏电站，最大的是位于美国加州的光伏电站，容量为6.5MWp，现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，容量为50MW.p，估计2003年可建成供电，总投资1775万美元新能源，1997，19(2)：23。而在美国准备建造的另一座电站规模将达到100MW.p，已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外，一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目，显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年，德国政府率先推出的“千顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶光伏系统，每套容量1～5kW.p，累计安装量已达33MW.p，远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝日七年计划”，计划到2000年安装16.2万套屋顶系统，总容量达185MW.p，1997年又再次宣布实施“七万屋顶计划”，每套容量扩大到4kW.p，总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶计划”，总投入5500亿里拉，总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”，计划从1997年开始至2010年，将在百万个屋顶上，安装总容量达到3025MW.p的光伏系统，并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使太阳能光电进入千家万户。?
与此相呼应，当前世界上实力雄厚的10家光伏公司，虽然目前的生产能力都不大，但都有雄心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太阳能公司50MW ，西门子公司和Solarex公司30MW，壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司， AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测，2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW，而2010年的光电池组件交易量将达到700～4000MW/年?。?
光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并网光伏电站的发展。?
2.3太阳能光电制氢?
70年代科学家发现：在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体，可对水的电解提供所需能量，并析出O2和H2，从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展，使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳选择。?
1995年，美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压，通过固定两个光粒子床的方法，来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概念的光电化学水分解机制为：?
H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+?
O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°?
净结果为：2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)?
近来，美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%，效率比水的二步电解法提高一倍，制氢成本也只有电解法的 大约1/4。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极，铂对极，电解质为硝酸钾，在太阳光照射下制得了氢，光能利用效率为15%左右。?
在太阳能制氢产业方面，1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂，沙特阿拉伯已建成发电能力为350kW的太阳能制氢厂。印度于1995年推出了一项制氢计划，投资4 800万美元，在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢，用光伏-电解系统制得的氢，以金属氧化物的形式贮存起来，保证运输的安全新能源。自90年代以来，德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久，最近用SH作为汽车燃料-压缩天然气的一种添加剂，使SH在高价值利用方面获得成功，为氢燃料汽车的实用化提供了重要基础。其他，在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。
由于氢是一种高效率的含能体能源，它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点，因此，随着太阳能制氢技术的发展，用氢能取代碳氢化合物能源将是21世纪的一个重要发展趋势。

小散户1

11． 21世纪我国太阳能利用发展趋势
引言
近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。包括太阳能在内的可再生能源在下世纪将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类的基础能源之一。据预测，到下世纪中叶，可在生能源在世界能源结构中将占到50%以上，
1.资源
太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大能量。太阳内部的热核反应足以维持6×1010年，相对于人类历史的有限年代而言，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随着时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/（m2•a）]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。
我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3.3×103~8.4×106 kJ/ (m2•a)之间, 相当于2.4×104亿t标准煤,属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h，日照在5×106 kJ/ (m2•a)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其它地区为资源较富和中等区。
2.国外发展概况和趋势
2.1 太阳能光伏发电
世界光伏组件在过去15年平均年增长率约15%。90年代后期，发展更加迅速，最近3年平均年增长率超过30%。1999年光伏组件生产达到200MW。在产业方面，各国一直通过扩大规模、提高自动化程度、改进技术水平、开拓市场等措施降低成本，并取得了巨大进展。商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%，生产规模从1~5MW/年发展到5~25MW/年，并正在向50MW甚至100MW扩大；光伏组件的生产成本降到3美元/W以下。发展中国家印度处于领先地位，目前有50多家公司从事与光伏发电技术有关的制造业，其中有6个太阳电池制造厂和12个组件生产厂，年生产组件11MW，累计装机容量约40MW。
在研究开发方面，单晶硅电池效率已达24.7%, 多晶硅电池效率突破19.8%。非晶硅薄膜电池通过双结、三结迭层和Ge&#0;Si合金层技术，在克服光衰减和提高效率上不断有新的突破，实验室稳定效率已经突破15%。碲化镉电池效率达到15.8%，铜铟硒电池效率18.8%。晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速，成为世界关注的新热点。
21世纪世界光伏发电的发展将具有以下特点：（1）产业将继续以高增长速率发展。多年来光伏产业一直是世界增长速度最高和最稳定的领域之一，预测今后10a光伏组件的生产将以20%~30%甚至更高的递增速度发展。光伏发电的未来前景已补愈来愈多的国家政府和金融界（如世界银行）所认识。许多发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到2010年，美国计划累计安装4.6GW(含百万屋顶计划)；欧盟计划累计安装6.7GW(可再生能源白皮书), 其中3.7GW安装在欧洲内部, 3GW出口; 日本计划累计安装5 GW (NEDO日本新阳光计划); 预计其它发展中国家1.8GW (估计约10%), 预计世界总累计安装18 GW.到下世纪中页, 光伏发电成为人类的基础能源之一。(2)太阳电池组件成本将大幅度降低。光伏发电系统安装成本每年以9%速率降低。1996年平均安装成本约7美元/W，预计2005年可降到3美元/W，相当于光伏发电成本0.11美元/ (kW•h)，2010年发电成本将降到6美分/ (kW•h)。降低成本可通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。欧洲就扩大水平、提高电池效率等技术途径实现。欧洲就扩大规模对降低成本的影响进行了可行性研究[5]，结果表明，年产500MW的规模，采用现有几种晶硅电池生产技术，可使光伏组件成本降低到0.71~1.78欧元/W。如果加上技术改进和提高电池效率等措施，组件平均成本可降低到1美元/W以下，发电成本约为6美分/ (kW•h)。考虑到下世纪薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度降低是必然趋势。（3）光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展。目前光伏组件的生产规模在5~20MW/年。壳牌公司在德国建立的年产25MW多多晶硅组件生产厂于今年4月份开工。许多公司在计划扩建和新建年产50~100MW级光伏组件生产厂。同时自动化程度、技术水平也将大大提高，电池效率将由现在的水平（单晶硅13%~15%，多晶硅11%~13%）向更高水平（单晶硅18%~20%，多晶硅16%~18%）发展。（4）薄膜电池技术将获得突破。薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力，世界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电相竞争的目标，从而成为可替代能源。（5）太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展。建筑光伏集成具有多功能和可持续发展的特征，建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积，不需要占用昂贵的土地，省去光伏系统的支撑结构；光伏阵列可以替常规墙包覆装修成本与光伏组件成本相当；光伏系统的安装可集成到建筑施工过程，降低施工成本；在用电地点发电，避免传输和分电损失（5%~10%），降低了电力传输、分配投资和维修成本；集成设计使建筑更加洁净、完美，使人赏心悦目，容易被专业建筑师、用户和公众接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社会十分重视。许多国相继制定了本国的屋顶计划，使得建筑光伏集成技术如旭日东升，蓬勃发展。1997年6月美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，2010年完成；欧洲于大致相同的时间宣布了百万屋顶计划，于2010年完成；日本政府在21997财政年度计划安装9 400套4kW 的屋顶系统，总计37MW。日本政府的计划目标是，到2010年安装5 000MW屋顶光伏发电系统。德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于1998年10月份提出一个光伏工业20 年来最庞大的计划即在6 a内安装10万套光伏屋顶系统，总容量在300~500MW，总费用约9.18亿马克。该计划于1999年1月实施，在德国引起很大反响，对德国的PV工业将产生不可估量的影响。
光伏系统和建筑结合将使太阳能光伏发电向替代能源过渡，成为世界能源结构组成的重要部分。
2.2 太阳能热利用
2.2．1太阳能热水器
热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。1998年世界太阳能热水器的总保有量约5 400万m2。塞浦路斯和以色列人均使用太阳能热水器面积居世界首位，分别为1 m2/人。日本和以色列太阳能热水器户用比例分另为20%和80%。21世纪热水器将仍然是太阳能热利用的最主要市场之一。目前虽然许多国家都得到了较普遍应用，但世界太阳能热水器的平均用户比例还非常低，约1%~2%，同日本的20%和以色列的80%相比，相差很远；此外，服务业、旅游业、公共福利事业等中低温热水应用市场也非常大。1997年世界太阳能热水器的市场约7亿美元。2015年世界人口约70亿，如果热水器用户比例达到20%（日本今天的水平），社会经济和环境效益将非常显著。
2.2．2太阳能建筑
发展很迅速。80年代国际能源组织（IEA）组织15个国家的专家对太阳能建筑技术进行联合攻关，欧美发达国家纷纷建造综合利用太阳能示范建筑。试验表明，太阳能建筑节能率大约75%左右，已成为最有发展前景的领域之一。建筑能耗占世界总能耗的1/3，其中空调和供热能耗占有相当大的比例，是太阳能热利用的重要市场。太阳能建筑的发展不仅要求建筑师和太阳能专家互相密切合作，而且要求在概念、技术上相互融合、渗透、集成一体，形成新的建筑概念和设计。目前太阳能建筑集成已成为国际上不仅要求有高性能的太阳能部件，同时要求高效的功能材料和专用部件，如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗（变色玻璃）、透明隔热材料等，这些都是未来技术开发的内容。
2.2．3太阳能热发电
目前热发电系统主要有3种类型：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内伟传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电；塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，以产生很高的温度；碟式系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发动机进行发电。
以色列鲁兹（Luz）公司1985年起先后在美国加州的Mojave沙漠是建成9个槽式发电装置，总容量354MW。随着技术不断发展，系统效率由起初的11.5%提高到13.65,发电成本由26.3%美分/(kW•h)降低到12美分/(kW•h)。但近几年来这种系统没有扩大和推广，可认为只是一种大型的商业化示范系统。其它2种处在研究开发和示范阶段，其中由于碟式系统光学效率高、启动损失小及效率高达295，在3类系统中位居首位。太阳能热发电技术同其它太阳能技术一样，在不断完善和发展，但其它太阳能技术一样，在不断完善和发展，但其商业化程度还未达到热水器和光伏发电的水平。太阳能热发电正处在商业化前夕，预计2020年前，太阳能热发电将在发达国家实现商业化，并逐步向发展中国家扩展。
3.我国太阳能利用概况和21世纪发展思考
3.1 光伏发电
我国太阳池的研究始于1958年, 1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。80年代中后期，引进国外太阳电池生产线或关键设备，初步形成生产能力达到4.5MW太阳能光伏产业。其中单晶硅电池2.5MW,非晶硅电池2MW,工业组件的转换效率单晶硅电池为11%~13%, 非常硅电池为5%~6%。
我国光伏组件生产逐年增加，成本不断降低，市场不断扩大，装机容量逐年增加，1999年底累计约15MW。应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、气象、国防等。特别是光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。西藏有7个无电县城采用光伏电站供电，社会经济效益非常显著。
在研究开发方面，开展了单晶硅、多晶硅电池研究及非晶硅、碲化镉、硒铜等薄膜电池研究，同时还开展了浇铸多晶硅、银/铝浆、EVA等材料研究，并取得可喜成果，其中刻槽埋栅电池效率达到国际水平。
20年来我国光伏产业已形成了较好基础，但在总体水平上我国同国外相比还有很大差距，表现为：（1）生产规模小。我国太阳电池制造厂的生产能力约为0.5~1MW/a，比国外生产规模低一个多数量级。（2）技术水平较低。电池效率、封装水平同国外存在一定差距。（3）专用原材料国产化经过“八五”攻关取得一定成果，但性能有待能有待进一步改进，部分材料仍采用进口品。（4）成本高。目前我国电池组件成本约30元/W，平均售价42元/W，成本和售价都高于国外产品。（5）市场培育和发展迟缓，缺乏市场培育和开拓的支持政策、法规、措施。
21世纪我国光伏发电的发展可考虑2种模式，即年增长率约15%的常规模式和在政策法规驱动下年增长率约25%的快速模式。根据光伏工业自身的发展经验，生产量和规模每增加1倍，成本下降约20%，而价格通常比成本高30%；发电成本考虑了总系统价格、经济寿命（折旧期）、利率、运行和维护费用、保险费等因素。按照这种估算，2010年我国光伏组件年生产量将分别达到11MW和27MW，发电成本分别为1.14和0。96元，装机容量分别达到80MW和140MW。2030年光伏组件年生产量分别达到175MW和2 320MW，发电成本分别为0.57和0.28元, 总装机容量分别达到1 700MW和11 700MW。光伏技术的发电成本在2020年估计在0.5~1.0元/(kW•h)范围, 在相当大的市场上开始具有竞争力; 在2030年左右, 则在几乎整个电力市场上都具有竞争力; 联合国专家组针对世界光伏技术和产业的发展作了更详细的分析和预测[9], 结果更为乐观: 2005~2015年发电成本在0.045~0.091美元/(kW•h)之间, 在相当大的市场上开始具有竞争力; 2015年后,发电成本低于0.045美元/(kW•h), 则在几乎整个电力市场上都具有竞争力。
3.2 太阳能热利用技术
3.2.1热水器
太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛、产业化发展最迅速的领域，1979~1998年期间平均年增长率35%。1987通过引进铜铝复合吸热板技术并与我国自选研制成功的铝阳极化选择性吸收涂层技术相结合，使我国太阳能热水器产业进入现代化生产阶段。80年代后期，我国先后研制成功全玻璃和热管式真空管集热器并实现了产业化。1998年全国热水器产量约400万m2，总安装量约1 400万m2，占世界第1位。
我国目前太阳能热水器产业已处在商业化良性运作时期，绝大部份热水器企业都有良好的经济效益。目前我国有上千个热水器生产厂家，年安装量约1 400万m2，占世界第1位。但户用比例仅3%，与日本和以色列等国家相比，差距很大。到2010年，我国人口约14亿，热水器户用比例如果能达到10%，平均户用面积也将有所增加，热水器总安装量将达到1亿m2。亚太银行专家对我国太阳能热水器的利用给出估计：10%的住宅安装太阳能热水器（2m2/户），热水负荷的75%由太阳能供给，每年可节约310亿kW•h电（相当于1 050万t标煤），相当于减排3 850万t CO2，说明太阳能热水器的经济、环境和社会效益非常好。
3.2.2太阳能建筑
我国70年代开始被动太阳年采暖建筑的研究开发和示范, 至今已抗议约1 000万m2(建筑面积)。目前被动太阳房开始由群体建筑向住宅小区发展，如甘肃省临夏市建成占地9.8hm2、建筑面积9.2万m2的太阳能小区；兰州“阳光计划”投资4.28亿在郊区兴建73.3万m2太阳能住宅小区等。我国被动太阳房采暖节能60%~70%，平均每m2建筑面积每年可节约20~40kg标准煤，发挥着良好的经济产社会效益，但在技术水平上同国外还有相当大的差距。
21世纪应组织建筑师和太阳能专家联合攻关，解决太阳能技术与建筑的集成技术，使太阳能采暖和热水器真正纳入建筑的集成技术，使太阳能采暖和热水器真正纳入建筑设计标准和规范，参照以色列作法，通过强制性政策法规，逐步实现民用建筑必须有太阳能设计才可批准施工。争取在2010年和2030年分别实现民用建筑太阳房达到10%和30%，其社会、经济、环境效益将十分可观。
3.2.3太阳能热发电
我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，担由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本解决，加上经费不足，热发电项目先后停止；国家“八五计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验机，与国外差距很大。我国热发电与国外差距很大。考虑到国内外的技术现状作粗略预测，在2000~2010期间进行MW级样机研制及示范，2010~2030期间进行10~100MW级商业性示范，2030~2050期间进行1 000MW级商业化推广应用。
4.政策措施建议
（1）结合我国实际情况制定鼓励可再生能源利用的政策法规。（2）鼓励产业发展，积极开拓市场。为使太阳能在21世纪中叶成为后续能源之一，必须从现在起，加大投入，通过产业化技术攻关、消化吸收等，使我国光伏制造产业在技术水平、市场规模、自动化程度、原材料国产化程度方面赶上国际先进水平；通过激励政策，积极鼓励大型企业参与太阳能光伏技术的产业活动。通过市场激励政策促进消费，开发边远地区光伏市场。（3）结合“西部大开发战略”，把太阳能列入重点建设项目。作好西部地区全面利用太阳能的规划及实施措施，将太阳能作为这些地区的后续替代能源。（4）加大基础性应用研究投入，如新型薄膜太阳电池、太阳能基础材料、光谱选择性吸收薄膜和其它光谱反射、透过功能薄膜等，为未来大幅度降低太阳能利用能量成本奠定基础。   
中国光伏发电产业与市场
中国于1958年开始研制太阳电池，1959年第一块有实用价值的太阳电池诞生。1971年3月首次应用太阳电池作为科学实验卫星的电源，开始了太阳电池的空间应用。1973年首次在天津港的浮标灯上进行太阳电池供电试验，开始了太阳电他的地面应用。
1.产业及产品
    经过40年的努力，中国光伏发电产业已具有一定的基础。到1998年底，已建成6个初具规模的光伏电池
专业生产厂，光伏电池组件的年生产能力为4．5MW，其中：单晶硅电池2．5MW，非晶硅电池2MW。
中国主要光伏电池厂的情况列于表1。

中国光伏电他的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只有少量的中试产品。单晶硅电池主要是直径100mm的圆片，商品组件的转换效率为11％一13％，由36片电池串联成的组件的功率为37W，左右。个别工厂可以生产100mmX100mm的准方片单晶硅电池，但受现有设备条件的限制和在成本上的考虑，未进行正式生产。商品非晶硅光伏电池组件的最大面积为305mm×915mm，转换效率为5％一6％，功率为11一12Wp，为单结p-i-n电池。多晶硅光伏电池组件中试产品的转换效率为10％一11％。
    1998年中国光伏电池组件的产量为2。3MW，其中：单晶硅光伏电池组件为1．8MW，非晶硅光伏电池组件为0．5MW。1998年从国外进口单晶硅光伏电池及组件约200kw。
    1998年中国单晶硅光伏电池组件的售价为40一45元／Wp，非晶硅光伏电池组件的售价为24一26元／Wp。
2．研究与开发
    中国光伏发电的研究开发工作，经过几十年的努力取得了不小的成就。有关研究单位、高等院校、工厂企业先后开展了单晶硅和多晶硅高效电池、非晶硅薄膜电池、CdTe薄膜电池、CIS薄膜电池、多晶硅薄膜电池以及应用系统关键设备的研究开发。
     近年来，在国家科技部和北京市的支持下，国家新能源工程中心和北京市太阳能光电中心取得一些可喜的研究成果。单晶硅高效电池效率达到19．79％，大面积6cm×5cm）刻槽埋栅单晶硅电池效率达到18．6％，多晶硅电池效率达到13．5％，10cm×10cm多晶硅电他效率达到11．8％；在多晶硅薄膜电池方面，采用快速热CVD技术在非活性衬底上制备的多晶硅薄膜电池效率达到12．11％，采用pECvD技术制备的微晶硅／非晶硅迭层薄膜电池效率达到9．5％。
     在光伏发电的平衡系统方面，也取得了不小的进步。“八五”期间，开发出了独立光伏发电系统用的15kW和30kw的正弦波DC一AC逆变器，逆变效率大于90％；“九五”期间，在国家科技部的安排下，又开展了kW级井网逆变器的研究与开发，研制出了一系列光伏专用的控制器和检测仪器。
     在光伏水泵系统、通信光伏电源系统、独立光伏电站、输油输气管道阴极保护光伏电源系统、家用光伏电源系统、光／风互补发电系统等的系统技术方面，也取得了不少研究成果和工程经验。
3．应用与市场
中国光伏电池的地面应用始于1973年。26年来，系统技术不断提高，应用项目不断增多，市场不断扩大。1980年以前，应用项目有限，功率很小，光伏电池年销售量不超过10kw。由于电池价格昂贵，1985年以前，主要是作为航标灯、铁路信号灯、气象台站观测仪表、电围栏、小型通信机、黑光灯、直流照明灯、割胶灯等的电源，功率不大。这是我国光伏发电市场应用的初级阶段。这一时期，在原国家科委的支持下，进行了一些对于今后市场开拓具有指导意义的示范工程，如太阳能无人值守微波中继站、小型太阳能充电站、农村载波电话光伏电源系统、石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统等。80年代后期，随着几条光伏电池生产线的引进，光伏电池价格下降，产量提高，应用领域不断开辟，市场逐渐拓展。  90年代以来，改革开放的大好形势，为光伏发电的广泛应用和市场开拓创造了有利条件，光伏电池已不再是仅仅作为小功率电源来使用，而是扩展到通信、交通、石油、气象、国防、农村电气化以及民用等国民经济的不同应用领域，光伏电池用量每年以20％以上的速率递增。到1998年底，中国光伏电他的累计用量已达13．2MW。
值得一提的应用项目有：（1）建成了40多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量约600kW，其中以西藏为最多，达426kW；以1998年10月建成的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量为最大，达100kw。（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南的部分地区和四川的阿坝州等地已进入较广泛地推广应用阶段。据不完全统计，至今全国已累计推广应用家用光伏电源约15万台，光伏电池总功率约达2．9MW。（3）在22所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为57kw。（4）1998年在中国通信史上建设难度最大的兰一西一拉光缆干线工程中，有26个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4500m以上，光伏电池组件的总功率达100kW。（5）1996年建成了塔中4一轮南输油输气管道阴极保护光伏电源系统，光伏电池组件总功率为40kw。该系统横贯塔克拉玛干大沙漠，总长达300km，工程环境恶劣复杂。（6）在1995年62个国家重点援藏项目之一的西藏广播电视发射接收工程中，采用光伏电池供电。在西藏自治区建区30年大庆之前，共建216套卫视接收站光伏电源供电系统和118套调频发射站光伏电池供电系统，光伏电池组件总功率为56kw。
表2列出了中国光伏电池历年的产量、价格和累计用量。


   4．存在的主要问题                                                   
    从总体上来讲，中国的光伏发电产业，与国外发达国家相比还有很大差距，存在的主要问题是：  
    （1）生产规模小。目前的4个单晶硅光伏电池生产厂，基本上保持在1987一1990年引进时的生产规模和技术工艺水平。各厂在引进时都称年生产能力为IMW，但各厂都在不同的工艺环节上存在着“瓶颈”，因此：实际年生产能力都在0．5MW左右，所以中国晶体硅光伏电池的全国总计年生产能力仅为2MW。1998年中、国单晶硅光伏电池组件的年产量为1．8MW，仅占世界光伏电池总产量的1．14％。生产的规模化程度，比国外的5一20Mw的生产规模低一个数量级。
    （2）技术水平较低。目前中国商品单晶硅光伏电池组件的光电转换效率多在11％一12％之间；组件的封装水平较低，有的组件经过3一5年的使用有发黄、起泡、焊线脱落、效率下降等现象；组件的实际使用寿命，也不如国外产品。至今尚无多晶硅光伏电池的生产工厂。非晶硅光伏电池厂只能生产单结电池，稳定性较差，转换效率较低，尚不能生产双结和三结电池。
    （3）平衡设备薄弱落后。光伏发电用的控制器、逆变器等关键平衡设备，至今尚无具有一定规模的、拥有较先进生产和检测设备的专业工厂生产，仅在几个研究所等单位有小量的生产，技术性能不够高，可靠性较低，品种规格少，价格也高，更谈不上研究开发更先进的产品。
    （4）专用材料的国产化程度不高。银浆、低铁钢化玻璃、PVF等关键封装材料尚未真正实现国产化。国家曾把专用材料的国产化列入“八五”攻关计划，虽然取得了一定成果，但性能仍然不如国外产品，各生产厂为保证产品质量，目前许多专用材料仍然依靠从国外进口。
    （5）成本、价格高。目前晶体硅光伏电池组件的生产成本约为26一30元／Wp，平均售价约为40一45元／Wp，成本和售价均高于国外产品，在国际市场上缺乏竞争力。
5 。规划和设想
    中国地域辽阔，人口众多，电网难以覆盖的无电地区面积大、人口多，许多特殊领域需要采用光伏发电供电，光伏发电的潜在市场十分巨大。面对这样一个将被开发的巨大市场，中国政府和光伏界，必须采取有力措施，加大投入力度，加快中国光伏发电技术的发展和产业建设，以占领这个广阔巨大的应用市场。
    （1）1995年11月，国家计委、国家科委、国家经贸委制定并颁布了“1996一2010年中国新能源和可再生能源发展纲要”。“纲要”把光伏发电技术的开发利用作为发展的重点之一。提出：特别要在太阳电池组件和
配套的技术装备方面加强研究开发，努力降低系统造价；在2000年前，完成西藏9个无电县独立光伏电站的建设，大力推广应用小功率光伏电源系统，建立分散型和集中型MW级联网光伏示范电站。并提出了提高认识加强领导、制定优惠政策、加强科研和示范、加强产业建设、开展国际合作引进国际先进技术和资金等对策和措施。
    为组织实施“纲要”，制定了“中国新能源和可再生能源发展优先项目”。项目中的第二项为光伏技术，内容包括两大方面：（1）发展高效低成本太阳电池，建立一条年生产能力为MW级的生产线。（2）建立MW级多晶硅太阳电池组件生产线，要求组件效率达13％，组件寿命20一25年；对单晶硅太阳电池组件生产线进行技术改造，要求组件效率达14％一15％，组件寿命20一25年。在光伏应用方面，“项目”要求实现小功率光伏电源的产业化，100kw容量以下独立光伏电站系列化、规范化和商品化，研究井网光伏发电技术，为大规模应用做好前期准备。同时开展高扬程光伏水泵的研制。
    （2）1996年国家电力部提出“1996一2020年太阳能发电发展规划设想”。该设想内容：①采用家用光伏电源系统解决150万户无电农牧民的供电问题。②在1996一2000年期间，每年建设50座县、乡对才用小型光伏
电站，平均每座规模为10kW，到2000年建成的总装机容量为2。 5MW；在2001－2020年期间，除继续在居住相对集中的无电地区建设光伏电站外，还可发展城市小规模井网或独立运行的光伏电站，平均每年建设50座，平均每座规模为30kw，到2020年建成的总装机容量为30MW，③到2000年末，建设2座容量500kW井网运行的大型光伏电站；在2001一2020年期间，建成5座容量各IMW井网运行的大型光伏电站，为电网提供补充电力。同时提出了为实现这一设想在研究开发、产业建设、政策措施等方面的建议。
    （3）1996年国家计委制订了“中国光明工程”实施计划草案。计划到2010年利用小型风力发电、太阳能光伏发电和各种新能源互补发电系统，使2300万农村无电人口用上电，使他们人均拥有发电容量100W。其首期目标是：解决80O万无电人口（约178万户）、2000个无电村及100个微波站、100个边防哨所的基本用电问题。初步计算，为实现这一目标约需小型风力发电机组87．3万台，光伏电池组件105．7MW。
6．未来应用市场估计
    21世纪世界能源将发生巨大的变革，以资源有限、污染严重的化石能源为主的能源结构，将逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样化、复合型的能源结构。但在21世纪的前30一40年，世界能源仍将以化石能源为基石，不包括水能在内的可再生能源在世界能源构成中的比重，虽会有所上升，但仍将不会很大。这是因为，一场能源结构的重大变革绝非一日之功，是一个由量变到质变的渐进过程，至少需要百年以上的时间。根据中国政府关于经济与社会发展的远景目标，参照世界光伏市场发展的总趋势，对中国未来12年（1999一2010年）的光伏应用市场作如下初步估计。
    市场估计和价格估计是建立在以下技术预测基础上的：①晶体硅光伏电池在2010年前仍然是光伏技术的主角，但将向高效率、低成本的方向大步前进；②薄膜光伏电池是21世纪中叶以后的主力电池，前景看好，在2010的前后可望有重大突破，逐步投入商业化生产，并应用于光伏井网发电和光伏屋顶发电等领域；③控制器、逆变器等关键平衡设备将向高可靠、高效率、智能化、低成本的方向发展，并取得重大进展；④将研制开发出更适合光伏发电用的长寿命、低成本、免维护的蓄电池；⑤系统集成技术将更加科学化、规范化、智能化、综合化。
6．1非联网系统应用市场估计
    中国目前的光伏发电系统均为非联网光伏发电系统艰）通常所说的独立光伏发电系统。估计在今后12年，即从1999一2010年，中国的非联网光伏发电系统的光伏电池装机容量，将会以大于20％的速度逐年递增，参见表3，这个估计与下面的分项估计不是相加的关系，分项估计将大于这个总估计。

6．1．1农村及农村电气化
   （1）市场估计
    估计到1998年底，中国至少还会有约1400多万户、6000多万农牧业人口仍然未能用上电。在这些人口中，有相当一部分居住在西北五省、区以及内蒙古、西藏、云南、海南、四川阿坝州等太阳能资源丰富或比较丰富的地区，具有利用光伏发电解决其基本生活用电和少部分生产用电的自然资源条件。下面仅根据国家关于农村电气化的总要求及有关部门、有关省区关于农村电气化的规划和设想，对农村及农村电气化方面的光伏市场作一初步估计，参见表4。

上述估算，包括独立光伏电站、家用光伏电源和光伏水泵等。在1999一2000年的市场需求量中，包括了世界银行及荷兰壳牌家用光伏电源系统项目中光伏电他的安装容量。
     由于中国农牧民尚很贫困，就是到2010年，许多边远山区、高原的农牧民也仍然不会十分富裕。所以，在估算中，家用光伏电源的安装功率，在2000年前多按每户20一50W计，在2001一2010年多按每户50一100W计。
    上述估算考虑了有关省、区的规划和预测。内蒙古对该区近期的光伏市场作了预测：2一10kW的村落光伏发电系统的需求量约为5001000座，家用光伏电源的需求量约为30万套，共计约需光伏电池20MW以上。甘肃的规划目标是：“九五”期间共安装家用光伏电源10万户，2001一2010年期间共安装家用光伏电源14万户。新疆的规划目标是：。‘九五，，期间安装2一3万套家用光伏电源，在牧区建设500座光伏电站和3个镇照明、电视光伏电源系统，青海省电力局在其“1995一2010年的电力扶贫共富工程”中规划，安装家用光伏电源7．5万套、计1．4Mw，并建设县、乡光伏集中供电系统340kw。
   （2）价格估计
    （a）家用光伏电源系统
     以目前应用最多的20W直流家用光伏电源系统为例作一粗略剖析。
     家用光伏电源系统目前的平均售价为1800元，即平均每峰瓦系统为90元，其中光伏电池组件为840元，占整个系统售价约50％，而其降价的潜力最大，估计可由现在的42元／Wp左右，到2000年降至35元／Wp左右，到2005年降至30元／Wp左右，到2010年降至20元／Wp左右。这样，家用光伏电源系统的售价，就可由现在的90元／Wp，在2000年降低到75一s0元／Wp，在：005年降低到60一70元／Wp，在2010年降低到50一55元／Wp。随着农牧民经济收入的增加，常规电力价格的不断上涨，家用光伏电源系统的售价又以这样大的幅度逐年下降，农牧民是有能力购买家用光伏电源的，其市场将会逐年扩大。
    （b）独立光伏电站
     目前，在一般地区，光伏电站的系统造价为90一100元／Wp；在西藏等交通极其不便的高海拔地区，光伏电站的系统造价为120一130元／Wp。其中，光伏电池组件的价格占整个系统造价约45％一50％。如果光伏电他的售价以上述的速度降低，那么光伏发电的系统造价到2010年降低到6元／Wp以下，是完全可能的。这样，光伏电站的发电成本就可比柴油机发电便宜；比综合计算的常规能源发电厂的发电成本仅高几倍，在一些特定地区就具有了竞争力。
    （c）光伏水泵系统
     目前光伏水泵系统售价为70元／Wp，其中：光伏电池组件及支架约为45元／Wp，占64％；机泵、逆变器 及潜水电缆等约为25元／Wp，占36％，按照上述光伏电池逐年降价的估计，到2010年光伏水泵系统的售价 降低到40一45元／Wp，是完全可能的。这样，光伏水泵系统的市场需求量，就将会成数倍的增长。
    6 。1．2通信
    （1）市场估计
     估计1998年中国在通•信电源方面应用的光伏电池组件大约有0．8MW。
     通信业是国民经济的基础产业，随着国民经济的快速发展，通信业的发展速度也必将十分快速。我们估计，应用于通信业的光伏电池组件，在今后12年，前7年将以每年10％的速度递增，后5年将以每年5％的速度递增，参见表5。主要应用于光缆通信、微波通信、农村通信、卫视接收站等方面。

（2）价格估计
     通信光伏电源的价格，包括光伏电池、蓄电池、控制器等在内的平均系统价，目前约为80一90元／Wp。我们估计，到2005年可望降到65一70元／Wp，到2010年可望降到55一60元／Wp。
6．1．3其它工业领域
    （1）市场估计
      主要包括铁路及公路信号电源、航标及灯塔电源、气象台站电源、地震测报台站电源、管道阴极保护电源、森林防火系统电源、公路道班电源、边防哨所电源、公路标志电源等。这些工业领域对光伏电他的需求量，按照占整个光伏市场总量的20％计，基期的1998年为0．40MW，2000年为0．58MW，2005年为1．44MW， 2010年为3．57MW。
    其中光伏电池在海水淡化、电动车、工业备用电源、制氢等方面的应用将是很值得大力开发的项目，应用前景广阔；管道阴极保护、公路标志及道班、铁路信号等方面对光伏电他的需求量，将会有比较大的增长。
     （2）价格估计
      目前的平均系统价格为85一90元／Wp，估计2005年有可能降到65一70元／Wp，2010年有可能降到50一55元／Wp。
6．1．4民用商品及其它
    （1）市场估计
      主要包括太阳帽、太阳能充电器、太阳能计算器、太阳能手表、太阳能钟、太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能玩具、太阳能广告灯箱、太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能半导体冷藏箱等。
      按照占整个光伏市场总量的10％计，基期的1998年为0．20MW，2000年为0．29MW，2005年为0．72MW，2010年为1．8MW。
      其中太阳能路灯、太阳能玩具、太阳能庭院灯、太阳能广告牌等项目的需求量，将会有较大幅度的增长。
     （2）价格估计
      估计到2005年的平均系统价格可降为60一70元／Wp，2010年可降为45一50元／Wp。
6．2联网系统应用市场估计
     联网发电系统是光伏技术步人大规模发电阶段、成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤，是当今世界光伏发电的发展趋势。联网发电系统，可分为直接并入电网的联网系统和与建筑相结合的即屋顶联网系统等类。在光伏联网发电系统方面，中国目前尚处于蕴酿阶段，还无应用实例。应该采取措施，筹措资金，于1999年开始建设2一3处10kW级的光伏联网发电系统，以宣传示范，总结经验，完善技术。
6．2．1联网发电
   （1）市场估计
     随着光伏发电系统造价的大幅度降低，常规能源发电综合成本的不断上升，环境保护要求的日益严格，联网发电系统的市场需求将不断扩大。估计，在2000年建设光伏电他装机容量共计为IMW的光伏联网发电系统3一4座；到2005年建成光伏电池装机容量共计为5MW的光伏联网发电系统5一8座；到2010年建成光伏电池装机容量共计为15MW的光伏联网发电系统15一20座。
   （2）价格估计
     由于联网发电系统所发的电力直接并入电网，省掉了贮能的蓄电池组，因而其造价一般来说会比独立光伏发电系统要低15％一20％左右。2000年的系统造价为65一70元／Wp，2005年为50一60元／Wp，2010年将降到40一45元／Wp。
6．2．2屋顶发电
    （1）市场估计
      光伏发电与建筑相结合，构成光伏屋顶发电系统，近年来在国外发展甚快，前景诱人，市场广阔。其特点是：与电网并联，可以完全省掉或大部分省掉蓄电池；通过巧妙地设计，可以降低建筑造价，从而也就降低了光伏发电系统的造价；适合于因地、因户制宜的分散用电；可对电网起一定的调节作用等。
      在2000年建设2一3kW的光伏屋顶发电系统40套，共计安装光伏电池80一120kW；到2005年建成2一4kW的光伏屋顶发电系统10000套，共计安装光伏电池20000一40000kW；到2010年建成2一5kW的光伏屋顶发电系统200000套，共计安装光伏电池400000一1000000kW。
    （2）价格估计
      2000年的系统价格为60一70元／Wp，2005年的系统价格为50一55元／Wp，2010年的系统价格为40一45元／Wp。
7．关于中国光伏发电产业化发展的建议
    为促进和加快中国光伏发电产业化发展进程，借鉴国外经验，从中国现状和实际出发，提出如下建议：
    第一，建议国家制定规划、计划，采取有力措施，加大投资力度，并制定和实行一系列的优惠政策，来支持和扶植中国光伏发电产业化发展。
    光伏发电技术是新能源技术的重要组成部分，是正在发展着的高新技术，是把世界能源从以资源有限、污染严重的化石能源为基础的轨道上转换到以资源无限、清洁干净的可再生能源为基础的轨道上来的能源革命的重要方面军。因此，世界各国，特别是发达国家，都十分重视，纷纷制定规划，采取措施，投入巨额资金，积极发展。世界各国的实践说明，光伏发电技术的发展和产业化，离不开政府的扶持。政府的扶持是光伏发电技术发展和产业化的强大动力。把一个新兴的、正在发展着的高新技术一下子就彻底地推入市场，而国家不给予必要的扶植和支持，是不现实的：它是很难快速而健康地成长起来的。美国、日本、德国等发达国家，为了促进和加快光伏发电技术等新能源技术的发展和产业化，一方面是制定国家级的规划、计划，采取有力措施组织实施，并投入巨额资金对重要课题组织力量进行研究开发；另一方面则是对光伏企业在一定时期内实行减免税收等的优惠政策，对用户购买光伏设备在一定时期内给予补贴和贷款的优惠政策等，以刺激和鼓励
公众使用光伏设备。在印度等发展中国家，政府也同样制定有发展光伏发电技术的规划，并投入了不小的研究开发和试验示范资金，并出台了与上述各国相类似的扶植和鼓励的一系优惠政策／p度的光伏发电技术所以发展快，走在发展中国家的前列，政府的扶植是重要的原因。中国虽然也有粗线条的规划，也有一些扶持和鼓励的优惠政策，有些省和自治区对农村的光伏应用也有一定的地方财政上的补贴，但总的来说，规划粗放，不具体，资金不落实，很难操作实施；用于研究开发和试验示范的资金投入少，使用分散，力度不够；对光伏企业的优惠政策少得可怜，而且不系统、不规范；鼓励用户应用的补贴和贷款等优惠政策不完善、不规范，已有的也是不连续、数额小。为此，建议：
    （1）在国务院领导下，成立一个统一的、有权威的全国新能源技术发展和产业化领导小组，负责全国新能源技术的规划编制、政策制定、组织协调、资金筹措和分配、重大课题和工程的安排等。这样，就可把国家计委、国家经贸委、科技部、农业部、国家电力公司等部门的力量统一起来，变成合力。
    （2）在三委“纲要”的基础上，尽快制定一个具体的、可操作的1999一2005年的光伏发电技术发展和产业化的7年计划。应做到：有目标，有项目，有内容，有要求，有资金来源，有措施，可以操作。
    （3）通过“S-863计划”、“火炬计划”、“重大科技项目攻关计划”、“基础科学研究计划”，“国家自然科学基金”等，对光伏发电技术发展及其产业化给予更多、更大支持，列入更多研究课题和试验示范项目。
     （4）通过“双加工程”等技改资金，对光伏企业的技术改造项目给予低息、贴息等优惠贷款上的支持。
     （5）建议国家对生产光伏产品的企业，在增值税和所得税的征收上，制定一个在一定时间内给予免税和减税的优惠政策，以扶持其发展。
     （6）建议国家制定一个对无电贫困地区广大农牧民为解决其最低生活用电而购买的光伏电源设备给予一定数量或比例补贴的办法，以刺激他们采用光伏设备，使广大无电农牧业户早日用上电。补贴资金，可以设想从国家扶贫基金和电力扶贫共富工程资金中解决。
     （7）光伏发电技术走向产业化大规模应用的一个重要发展趋势，是与电网并联和与建筑相结合。为促使中国光伏发电技术尽快跟上这一前景广阔的商业化大规模应用的趋势，建议国家投入一定数量的资金安排一些示范工程项目，以取得经验和完善技术。对一定时期内的井网光伏发电工程和与建筑相结合的光伏发电工程，国家应给予40％一50％的补贴，以刺激应用，调动有关方面和用户的积极性。
      第二，建立光伏发电技术发展及产业化基金。
      为加快中国光伏发电技术发展及产业化进程，筹措一笔可用的发展资金是重要的一环。参照国内外经验，建议采用在每千瓦时用电中加价：厘钱的办法建立“中国光伏发电技术发展及产业化基金”，有计划、有重点的使用，滚动发展。按2000年发电量14000亿kWh计，每年可筹集基金14亿元，5年可筹集基金70亿元。
     第三，宣传教育，科学普及）让广大人民了解光伏发电技术，动员广大人民投入光伏发电技术的推广应用。
    建议广泛利用电视、电影、广播、互联网、报纸、杂志、书籍等各种宣传教育和科学普及的媒体以及学校教育等形式，宣传利用光伏发电技术的意义，普及光伏发电知识，让广大人民、特别是青少年，关心光伏发电技
术，懂得光伏发电技术的基本知识，动员广大人民都来关心光伏事业、投入光伏事业。有广大人民、特别是青少年的了解、关心、支持和参与的事业，必将兴旺发达。
     第四，进一步建立健全光伏发电技术的基本标准、规范和技术要求，强化对于光伏发电系统及部件的质量检测和技术监督，严格光伏市场的监督管理。
    这是光伏发电技术产业化发展的重要技术措施和管理保证。目前的现状是：（1）基本标准、规范和技术要求不健全、不配套，已有的一些也未得到严格、认真地贯彻执行；（2）生产光伏电池组件的企业及生产配套蓄电他的企业，虽然都有较为完备的产品检测制度和方法，但有的企业贯彻执行不够严格认真，而在一些小型的蓄电池生产厂则不是缺乏严格的产品检测制度和方法，就是对于质量的控制很不认真、很不严格；（3）多数控制器、逆变器的生产单位，规模小，检测仪器设备不齐、不多，缺乏严格的技术工艺规程和检测方法，质量控制不严格，以致进入市场的若干产品故障频繁、可靠性不高；（4）进入市场的少数光伏产品，无商标，无铭牌，无完备的产品说明书和安装使用手册，甚至有假冒伪劣产品流入市场，鱼龙混杂，败坏了光伏产品的声誉。因此，必须尽快进一步建立健全光伏发电技术最基本的标准、规范和技术要求；必须下大力气强化光伏系统及其部件的企业内部的检测制度和对于产品质量的严格监控，在企业外部则应建立几个全国性的具有权威的产品检测中心，进行质量认证；必须严格规范和净化光伏市场，设法堵住假冒伪劣产品流入，使光伏发电技术的产业化发展健康而有序地前进。
     第五，建议通过多种形式组建几个光伏企业集团，形成规模优势，大幅度降低产品成本，占领和开拓更 广、更大市场。
     现有的光伏电池生产企业，规模小，技术经济实力弱，生产设备陈；日、老化、不平衡，生产成本较高，很难适应国际光伏市场激烈竞争的形势。建议采取多种形式组建几个具有3一5MW以上光伏电池生产能力的、高起点的、具有较强技术经济实力的、既生产光伏器件又生产光伏应用系统的大型光伏企业集团，以形成规模优势，大幅度降低产品的成本。所谓多种形式，就是以现有的光伏电池生产企业为基础，采取或由大企业集团兼并，或由大企业集团投资控股，或与外国大型光伏企业合作、合资，或由国内几家相关光伏企业联合、改组等形式来组建具有一定规模的大型光伏企业集团，以形成规模优势，进而转变为经济优势。
     第六，多渠道、多形式的广泛开展光伏技术的国际合作和技术交流，以加快和促进中国光伏发电技术的提高和产业化发展进程。这是一个投入少、见效快的好办法，应充分加以利用。
多渠道、多形式的利用国际组织、外国政府、外国公司的经济、技术援助，开展光伏应用的试验示范工程等，对开拓中国的光伏应用领域和市场，促进中国光伏技术的产业化发展，十分有利，应解放思想，积极利用。