硅太阳能电池的发展现状

从20世纪70年代中期开始了地面用太阳能电池商品化以来，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：单晶硅太阳能电池、铸造多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅太阳能电池。单晶硅电池具有电池转换效率高、稳定性好的特点，但是成本较高；非晶硅太阳能电池则具有生产效率高、成本低廉的优点，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较厉害；铸造多晶硅电池则具有稳定的转换效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只处于研发阶段。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电池。近年来各种太阳能电池的市场占有率如图1－1所示。

图1－1　近年来各种太阳能电池的市场占有率

第一个晶体硅太阳能电池出现在1954年，恰宾和卡尔松等人在贝尔实验室用表面抛光的硅片制作PN结，然后分别在两侧蒸镀上金属电极，就制成了光伏转换效率达6%的世界上第一块实用性硅太阳能电池，标志着现代硅太阳能电池时代的开始。经过几十年的发展，晶体硅太阳能电池经历了几个快速发展期，效率不断攀升，从最初的8%提升至目前的25%（实验室效率），如图1－2所示。

通常来讲，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，具体原因包括：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等，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，寻找合适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。

目前，中国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年中国太阳能电池产量达到1 188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本等地区和国家成为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，中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。

图1－2　晶体硅电池实验室和产业化效率进展

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，与国外相比差距还是很大。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，推动中国市场尽快起步和良性发展。

太阳能光伏发电在不久的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但会替代部分常规能源，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。

目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜电池两种，它们各自的特点决定了它们在不同应用中拥有不可替代的地位。但是，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会发生根本性改变；而薄膜太阳能电池如果能够解决转换效率不高、制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，则会有巨大的发展空间。