太阳能电池发展现状及趋势

袁英

【摘 要】为了降低太阳能级多晶硅生产成本，从而降低太阳能电池制造成本，促进太阳能光伏产业的发展。鉴于此，在查阅大量文献的基础上首先综述太阳能电池的种类，然后就其研究现状、存在的问题、解决的途径以发展趋势等做了一些分析，完善太阳能电池的相关研究。

【关键词】新型薄膜；超高级；聚合物多层修饰电极型；纳米晶化学

太阳能发电是一项高新技术，以太阳能为资源基础的生产将是一种可持续的发展模式。全球太阳能产品的年销售额达14亿美元，其中12亿美元来自太阳能电池的销售。

制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池；化合物太阳能电池，如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等；功能高分子材料制备的太阳能电池；纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率：材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是目前在太阳能电池领域硅太阳能电池占主导地位的主要原因。

一、有关高效率，低成本晶体硅太阳能电池开发

硅太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池主要是指单晶硅和多晶硅太阳能电池。规模化生产中，单晶硅太阳能电池具有转换效率最高、技术最为成熟、可靠性高等优点。

多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池相近，但是从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要低得多。多晶硅太阳能电池的光电转化效率相比单晶硅太阳能电池要低。我国尚德太阳能电力将开始量产转换效率18.8%的单晶硅型、17.2%的多晶硅型太阳能电池单元。

目前，我国已上马了多家多晶硅材料的生产基地，解决我国晶体硅太阳能电池原料高度依赖国外进口的现状。随着多晶硅供需平衡，多晶硅价格会迅速恢复到合理价位，将直接导致硅太阳能电池生产成本大大降低，为多晶硅太阳能电池创造更好的发展条件。

硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，而且由于硅太阳能电池一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。薄膜太阳能电池由于其制造成本低，对环境的影响小，近年来备受关注，其所占的市场份额逐渐加大。但是在目前金融危机情况下，硅原材料成本已下降到每公斤100美元以下，成本大大下降，已接近火电发电成本每瓦1元人民币，由于转化效率高于薄膜，成本下降较大，所以硅太阳能电池仍具备强有力的竞争力。

二、新型薄膜电池开发

薄膜太阳能电池是最富前途的下一代太阳能电池技术，它节省了硅原料的使用和硅片制造工艺。与目前常见的硅片太阳能电池相比，硅薄膜太阳能电池用硅量仅为前者的1%左右，可使每瓦太阳能电池成本从2.5美元降至1.2美元。此外，这种高科技新产品可与建筑物屋顶、墙体材料如玻璃幕墙融为一体，既可并网发电又能节约建筑材料、美化环境。目前正在研发中和已有产品出售的薄膜太阳能电池主要有以下几种：

（1）非晶硅薄膜电池：是薄膜太阳能电池中最成熟的产品之一。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，但由于其光学带隙为1.7eV， 使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。

（2）多晶硅硅薄膜电池：其转换效率高于非晶硅薄膜太阳能电池，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，但由于控制薄膜中硅晶粒大小的技术没有解决，尚未能制成有实用价值的太阳能电池。

（3）有机染料敏化电池：它是一种光电化学电池。

（4）铜铟锡（CIS）和锑化镉（CdTe）：两种化合物多晶薄膜太阳能电池，中试转换效率已经超过10%。但是，由于元素镉的有毒性及其对环境的污染，这种太阳能电池技术均不具备长远的产业化生命力。

（5）铜-铟-硒（及其合金）电池：据美国Miasole公司称，他们研制的样品转换效率可达19.5%，试销产品的转换效率可达9%。但由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展必然受到限制。

（6）砷化镓III-V化合物薄膜电池：在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，且能耐高温，特别适合做高温聚光太阳能电池。但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。

在光伏利用中，相对于其它薄膜电池，由于硅材料储量丰富，且无毒、无污染，具有主导地位。目前，在硅基薄膜太阳能电池家族中，非晶硅薄膜电池占有主要地位。但非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点，并且转化效率远低于晶体硅太阳能电池。目前又出现了各种叠层太阳能电池，转换效率达14.6%，接近多晶硅太阳能电池。

近年来，另一种新型硅基薄膜材料——纳米硅薄膜由于其优良的性能引起了人们广泛的关注。理论上其最大转换率为44%，如能产业化，则高于单晶硅电池。

三、纳米晶化学太阳能电池

在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。

目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。

【参考文献】

[1]王茂洋， 王林. 构建光伏产业生态网络的思考： 以江西新余为例分析[J]. 经济问题探索， 2009（10）.

[2]王长贵. 中国光伏产业发展现状与挑战[J]. 新材料产业， 2009（09）.

[3]李保集， 王纬， 张乔木. 区域重点产业的技术路线图构建思路和方法：以太原市太阳能光伏产业为例[J]. 太原科技， 2009（11）.

[4]赵玉文. 光伏产业的最新进展[J]. 新材料产业， 2008（6）.

[5]赵勇强. 我国太阳能光伏产业的近期进展、 挑战和对策建议[J]. 宏观经济研究， 2009（2）.