太陽(yáng)能光伏技術(shù)沿革-深圳貝爾總裁宋東

1、 本文由貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 太陽(yáng)能光伏技術(shù)的變革及發(fā)展 1839 年，人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的物理現(xiàn)象光伏效應(yīng)。1959 年，第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換效 率為 5%的多晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世；1960 年，硅太陽(yáng)能電池發(fā)電首次并入常規(guī)電網(wǎng)；1975 年，美 國(guó)科學(xué)家制作出非晶硅太陽(yáng)能電池；上世紀(jì) 80 年代初，太陽(yáng)能電池開(kāi)始規(guī)?；a(chǎn)。 上世紀(jì) 90 年代以來(lái)，在能源危機(jī)和全球氣候變暖的壓力下，隨著各國(guó)對(duì)太陽(yáng)能電池研究的 不斷重視，科研和產(chǎn)業(yè)投入不斷增加，取得了一系列的科研成果，太陽(yáng)能電池效率的紀(jì)錄不斷被 刷新， 奠定了規(guī)模化工業(yè)生

2、產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。 全球的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)就此以一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的面貌高 速成長(zhǎng)。 目前太陽(yáng)能利用技術(shù)主要有太陽(yáng)能熱電技術(shù)、太陽(yáng)能熱水技術(shù)、太陽(yáng)能光伏技術(shù)三大技術(shù)。 它們是太陽(yáng)能的不同利用方式。 太陽(yáng)能熱水技術(shù)通常利用太陽(yáng)熱能為家庭及建筑提供熱水， 使用 方便、成本低，但能量利用形式單一，也不能傳輸。目前我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用規(guī)模已居世界 首位。太陽(yáng)能熱電技術(shù)是將太陽(yáng)能聚集起來(lái)，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)電能，如塔式發(fā)電、碟式發(fā)電 等。太陽(yáng)能熱電目前尚處于商業(yè)化前夕，而且投入成本太大。 太陽(yáng)能光伏技術(shù)利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理， 是近年來(lái)發(fā)展最快、 最有活力的可再生能 源利用技術(shù)。 目前全球主要國(guó)家都把發(fā)展光

3、伏發(fā)電作為利用太陽(yáng)能的主要形式。 隨著太陽(yáng)能電池 成本的降低和轉(zhuǎn)換效率的提高，它作為太陽(yáng)能利用的主要形式的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯。 太陽(yáng)能電池技術(shù)擁有豐富的應(yīng)用空間 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)“淘金熱” 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)“淘金熱” 回顧太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，在 2000 年以前可認(rèn)為是“早期開(kāi)發(fā)”階段，當(dāng)時(shí)雖有多家廠 商投入，但因?yàn)榧夹g(shù)開(kāi)發(fā)和商業(yè)環(huán)境還不成熟，僅有少數(shù)公司能夠維持。而從 2000 年到 2005 年間，是“初期獲利”階段，一些公司能夠幸存并開(kāi)始獲利。隨著能源問(wèn)題的升溫，現(xiàn)在的太陽(yáng) 能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了“淘金熱”階段，許多企業(yè)開(kāi)始積極投入。 目前，太陽(yáng)能電池主流產(chǎn)品仍然是晶硅太陽(yáng)能電池，其研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)圍

4、繞降低能耗、降低 每瓦生產(chǎn)成本、提高轉(zhuǎn)換效率等方面，以進(jìn)一步推進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電大規(guī)模商用的進(jìn)程。 1.新一代多晶硅工藝技術(shù)研究空前活躍 降低成本和能耗除通過(guò)傳統(tǒng)工藝技術(shù)升級(jí)外， 還涌現(xiàn)出了幾種專門(mén)生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的 新工藝技術(shù)，主要有：改良西門(mén)子法進(jìn)一步降低成本；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度 SiO2 直接制取法；熔融析出法；還原或熱分解工藝；無(wú)氯工藝技術(shù)，AlSi 溶體低溫制備太陽(yáng) 能級(jí)硅；熔鹽電解法等。 2.繼續(xù)向高效化、薄型化和大面積方向前進(jìn) A轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高：14%18%20%； B硅片的面積越來(lái)越大： 從 103mm×103mm125mm×125mm156

5、mm×156mm（目前 主流），未來(lái)兩年將達(dá)到 210mm×210mm； C硅片越來(lái)越?。?00m270m210m180m。100m 厚度的工藝正在研發(fā)。 3.生產(chǎn)設(shè)備由半自動(dòng)化向自動(dòng)化、智能化過(guò)渡 A提高單機(jī)自動(dòng)化水平，增加批次裝片量，提高單機(jī)生產(chǎn)效率； B生產(chǎn)線設(shè)備間自動(dòng)傳送、在線檢測(cè)，提高整線生產(chǎn)率。 未來(lái) 5 年的主力 為了適應(yīng)太陽(yáng)能電池高效率、低成本、大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的需要，最有效的辦法是不采用晶硅 體材料，而直接采用薄膜材料，即開(kāi)發(fā)薄膜太陽(yáng)能電池。20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，國(guó)際上發(fā)展了許 多類型的薄膜太陽(yáng)電池，例如：CuInSe（CIS）、CdTe 薄膜和有機(jī)薄

6、膜等。 薄膜太陽(yáng)能電池具有安全、可折疊、方便連接、輕巧、抗熱性能好、不易破損等特點(diǎn)。目前 規(guī)模生產(chǎn)的薄膜非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已達(dá) 8% 左右，CIS 的轉(zhuǎn)換效率已達(dá) 10%11%， 實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率超過(guò) 20%。 目前，世界上至少有 40 個(gè)國(guó)家正在開(kāi)展低成本、大面積、高效率的薄膜太陽(yáng)能電池的實(shí)用 化技術(shù)研究。隨著技術(shù)的不斷成熟，薄膜太陽(yáng)能電池必將超過(guò)晶硅太陽(yáng)能電池。 圍繞降低生產(chǎn)成本、降低能耗，提高光電轉(zhuǎn)換效率、提高能源再生比例等問(wèn)題，新型太陽(yáng)能 電池正不斷涌現(xiàn)。例如：量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池、量子阱太陽(yáng)能電池、染料敏化電池、熱光伏電池及 有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池等。 晶硅太陽(yáng)能電池比較 中國(guó)太陽(yáng)能電

7、池技術(shù)仍存發(fā)展空間 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)在太陽(yáng)能電池硅材料生產(chǎn)、電池和組件生產(chǎn)、專用設(shè)備等方面取得很 大進(jìn)步。多晶硅提煉技術(shù)取得很大進(jìn)步，單位能耗得到降低，晶硅太陽(yáng)能電池制作技術(shù)已經(jīng)達(dá)到 國(guó)際先進(jìn)水平。 國(guó)產(chǎn)的晶硅太陽(yáng)能電池及組件生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備取得很大進(jìn)步， 8 英寸擴(kuò)散爐、 如 等離子刻蝕 機(jī)、低溫烘干爐、高溫?zé)Y(jié)爐，清洗機(jī)、層壓機(jī)等相繼在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線上替代進(jìn)口設(shè)備得到廣泛應(yīng) 用。在 973、863 等高科技計(jì)劃的支持下，我國(guó)在碲化鎘和銅銦硒薄膜電池、敏化太陽(yáng)能薄膜電 池、多晶硅薄膜電池以及應(yīng)用系統(tǒng)方面取得了很大的科研進(jìn)展。 我國(guó)薄膜電池產(chǎn)業(yè)化步伐也在加快。無(wú)錫尚德在上海成立薄膜太陽(yáng)能研發(fā)中心

8、，預(yù)計(jì) 2009 年產(chǎn)能可達(dá) 50MW；河北新奧引進(jìn)全球領(lǐng)先水平的 Sunfab 薄膜太陽(yáng)能電池全套自動(dòng)化生產(chǎn)線； 保定天威與設(shè)備廠商 Oerlikon 簽訂購(gòu)買(mǎi)薄膜太陽(yáng)能模塊生產(chǎn)線設(shè)備合約； 南開(kāi)大學(xué)正在福建泉州 合作開(kāi)發(fā)非晶硅/微晶硅疊層太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。 盡管我國(guó)太陽(yáng)能電池技術(shù)取得了較大進(jìn)展，然而與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比，仍有很大差距，主要 體現(xiàn)在以下三點(diǎn)： 1.多晶硅提煉技術(shù)與先進(jìn)水平有很大差距 多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)掌握在美、日、德等國(guó)家中，形成了對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖、市 場(chǎng)壟斷的局面。目前國(guó)際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門(mén)子法、硅烷法和流化床法。 其中改良西門(mén)子工藝生產(chǎn)的多

9、晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的 80%，短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷封鎖 的局面不會(huì)改變。與國(guó)際先進(jìn)水平的差距主要體現(xiàn)為能耗高、純度低、原材料利用率低等。 2.薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用技術(shù)有很大差距 與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我們目前存在的主要問(wèn)題是：對(duì)薄膜電池技術(shù)研發(fā)投入不足，對(duì)其發(fā) 展前景認(rèn)識(shí)不足， 缺乏自主技術(shù)創(chuàng)新， 特別是規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。 與國(guó)外相比， 產(chǎn)業(yè)發(fā)展遲緩。 目前， 國(guó)外多家公司已經(jīng)開(kāi)始規(guī)模生產(chǎn)薄膜太陽(yáng)能電池， 而國(guó)內(nèi)只有尚德、 保定天威等少數(shù)企業(yè)開(kāi)始產(chǎn) 業(yè)布局。 3.晶硅電池高端設(shè)備和薄膜電池制造設(shè)備有很大差距 美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)先進(jìn)設(shè)備的特征為產(chǎn)能高、自動(dòng)化程度高。同這些設(shè)備相比，國(guó)內(nèi)設(shè)

10、 備的自動(dòng)化程度不高。 高端設(shè)備如晶硅電池全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)和自動(dòng)測(cè)試分撿機(jī)等依賴進(jìn)口。 薄 膜太陽(yáng)能電池設(shè)備還沒(méi)有起步。 按照技術(shù)開(kāi)發(fā)成熟度，太陽(yáng)能電池可以分為三類：晶硅太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池、下一 代新型太陽(yáng)能電池。 1.晶硅太陽(yáng)能電池 晶硅太陽(yáng)能電池的制作工藝從成熟的微電子工藝轉(zhuǎn)化而來(lái)， 具有硅材料、 工藝與制造技術(shù)成 熟，轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 16%-17%， 實(shí)驗(yàn)室的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá) 24.4%。 規(guī)模生產(chǎn)的多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 14%15%以上， 實(shí)驗(yàn)室的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá) 16.6%。但同常規(guī)能源相比，它們存在成本大、制造能耗

11、較高等問(wèn)題。 2.薄膜太陽(yáng)能電池 薄膜太陽(yáng)能電池是在玻璃、不銹鋼、塑料基板上沉積幾微米厚的薄膜而構(gòu)成。其種類主要有 薄膜非晶硅（-Si）電池、碲化鎘（CdTe）電池、銅銦鎵硒（CIGS）電池、銅銦硒（CIS）電 池、非晶硅及微晶硅疊層電池等種類。它們具有成本低、能耗低、單片電池面積大等優(yōu)點(diǎn)，便于 工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。 目前薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率還低于晶硅太陽(yáng)能電池。 薄膜非晶硅太陽(yáng)能 電池存在光致衰退的問(wèn)題，仍有待解決。 2.下一代新型太陽(yáng)能電池 采用新材料、 新結(jié)構(gòu)和新工藝制造下一代新型太陽(yáng)能電池目前正在研發(fā)中， 主要有染料敏化 太陽(yáng)能電池、有機(jī)聚合物電池等。這些電池的開(kāi)發(fā)主要圍繞兩大目標(biāo)：

12、a.提高光電轉(zhuǎn)換效率；b. 降低生產(chǎn)成本。 目前，晶硅電池是太陽(yáng)能電池的主流產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率為 85%，2010 年后市場(chǎng)增長(zhǎng)速度將 減慢；薄膜電池是當(dāng)前技術(shù)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，市場(chǎng)占有率為 10%，發(fā)展速度迅猛，到 2013 年后將占 市場(chǎng)主導(dǎo)地位；下一代新型太陽(yáng)能電池技術(shù)正在加緊研發(fā)之中。 中國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)藏巨大潛力 近年來(lái)，國(guó)家財(cái)政對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼力度逐年增強(qiáng)。2008 年，中國(guó)開(kāi)始啟動(dòng)屋頂和大型 地面并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目的建設(shè)；2009 年初完成了甘肅敦煌 10MWp 級(jí)大型荒漠并網(wǎng)光伏電 站的招標(biāo)工作； 同時(shí)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃與金太陽(yáng)示范工程的財(cái)政補(bǔ)貼項(xiàng)目也相續(xù)推出， 這一系列的 政策措施

13、給中國(guó)未來(lái)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。 針對(duì)目前光伏發(fā)電成本高、 國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)對(duì)出口依存度過(guò)高的特點(diǎn)， 中國(guó)將加大政策指導(dǎo)和扶持 力度，以此來(lái)發(fā)展和壯大太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。經(jīng)驗(yàn)表明，中國(guó)政府的政策導(dǎo)向?qū)⒃谖磥?lái) 一段時(shí)間內(nèi)決定著中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水準(zhǔn)和市場(chǎng)需求。 相信在節(jié)能減排、 低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下， 在中國(guó)政府的大力扶持和倡導(dǎo)下，中國(guó)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)定然會(huì)有著絢麗的明天。 2009 年全球新增光伏裝機(jī)容量接近 5.8GW，增速為 46.6%。其中，德國(guó)新增光伏裝機(jī)容量 達(dá) 3000MW，居于全球第一位，占全球的市場(chǎng)份額進(jìn)一步上升，從 2008 年 41.1%的占比上升為 51.

14、7%。這主要是由于 2008 年增速最大的西班牙市場(chǎng)出現(xiàn)了明顯的下滑，西班牙 2009 年降低了 光伏裝機(jī)的補(bǔ)貼， 導(dǎo)致其 2009 年的新增光伏裝機(jī)量從 2008 年的 2500MW 迅速下降為僅 60MW。 中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量全球領(lǐng)先 20042007 年，中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量始終保持 100%300%的高速增長(zhǎng)率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全球太 陽(yáng)能電池生產(chǎn) 46.6%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。2007 年，中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量更是達(dá)到 1200MW，超 過(guò)歐美和日本成為太陽(yáng)能電池生產(chǎn)第一大國(guó)，占到全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量約 35%。2009 年，中國(guó) 太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)到 3200MW，繼續(xù)保持了超過(guò)世界太陽(yáng)能電池生產(chǎn)平

15、均增長(zhǎng)率的速度，增長(zhǎng) 率達(dá) 60%。太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)鏈包括多晶硅原材料生產(chǎn)，硅棒、硅錠生產(chǎn)，太陽(yáng)能電池制造，組 件封裝，光伏產(chǎn)品應(yīng)用和光伏發(fā)電系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。 另外， 與產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)還包括太陽(yáng)能電池設(shè)備制造等。 在中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中， 呈現(xiàn)出“中間大兩頭小，兩頭在外”的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，即原料、需求在外，如果再加上關(guān)鍵技術(shù)設(shè) 備的進(jìn)口，就是“三頭在外”。 中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)主要集中在產(chǎn)業(yè)鏈的中下游，競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)日趨激烈。截至 2008 年底，共 有 37 家多晶硅原料生產(chǎn)廠、143 家硅錠/硅棒生產(chǎn)廠、138 家硅片生產(chǎn)廠和 357 家太陽(yáng)能電池組 件生產(chǎn)廠和上千家太陽(yáng)能應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)廠。 越往下游

16、 （組件生產(chǎn)、 太陽(yáng)能應(yīng)用產(chǎn)品） 競(jìng)爭(zhēng)越激烈， 這主要是由于下游產(chǎn)品生產(chǎn)投資少，建設(shè)周期短，技術(shù)和資金門(mén)檻低，最接近市場(chǎng)，因此吸引了 大批企業(yè)的進(jìn)入。 目前，中國(guó)太陽(yáng)能電池片市場(chǎng)主要掌握在無(wú)錫尚德、南京中電、天威英利、常州天合等幾家 生產(chǎn)企業(yè)中， 其中無(wú)錫尚德在全球太陽(yáng)能電池生產(chǎn)企業(yè)中排名第三， 已躋身世界一流太陽(yáng)能電池 生產(chǎn)企業(yè)的行列。這些企業(yè)掌握著比較先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)規(guī)模較大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能夠保 證上游原材料的供應(yīng)，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。另外，它們大部分都已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外上市，通過(guò)不斷完 善融資渠道，可以擴(kuò)大企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 其中，無(wú)錫尚德、天威英利等少數(shù)企業(yè)還涉足上游產(chǎn)業(yè)

17、鏈，垂直整合上下游資源，有效地提 高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。 與此同時(shí)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還有一些中小型的太陽(yáng)能電池廠商，由于技術(shù)水平較低，生產(chǎn)規(guī)模 較小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，上游原材料供貨不穩(wěn)定，這些中小型太陽(yáng)能電池廠商在日趨激烈的市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)中面臨被淘汰的危險(xiǎn)。 2008 年中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)數(shù)量 數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪顧問(wèn) 2010 年 4 月 20052009 年中國(guó)光伏裝機(jī)量 數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪顧問(wèn) 2010 年 4 月 多晶硅投資過(guò)熱但產(chǎn)能不足 近兩年，全國(guó)共有 1 6 個(gè)省、市、自治區(qū)布局投資了 33 個(gè)多晶硅建設(shè)項(xiàng)目。而 2008 年國(guó)內(nèi) 投產(chǎn)的多晶硅企業(yè)僅有徐州中能、洛陽(yáng)中硅、峨眉半導(dǎo)體、新光硅業(yè)和通威永祥等幾個(gè)，產(chǎn)量為 3000 噸，僅占建設(shè)產(chǎn)能的 33%。這主要是由于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)難度大，系統(tǒng)化配套要求高，企 業(yè)需要較長(zhǎng)時(shí)間摸索、運(yùn)行、修改、完善，再加上副產(chǎn)物料須綜合回收利用，有技術(shù)難關(guān)，限定 了產(chǎn)量的釋放。 按照目前的多晶硅投資規(guī)模，到 2010 年中國(guó)的多晶硅產(chǎn)能將達(dá)到 96500 噸，這個(gè)數(shù)字將遠(yuǎn) 大于 2010 年國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池預(yù)計(jì)產(chǎn)能。對(duì)多晶硅產(chǎn)品，峨眉半導(dǎo)體、新光硅業(yè)和通威永祥等幾 個(gè)主要生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量為 3000 噸， 僅占建設(shè)產(chǎn)能的 33%。 這主要是由于多晶硅生產(chǎn)技