太阳能电池硅材料报告

太阳能电池硅材料报告 中国太阳能电池硅材料行业调研报告 一、太阳能光伏产业前景展望 .............................................................................................1 （一）太阳能产业综述 ..................................................................................................1 （二）太阳能光伏产业发展迅速..................................................................................2 （三）太阳能光伏产业发展空间巨大 .........................................................................4 （四）光伏产业发展的原动力......................................................................................5 二、太阳能光伏产业链..........................................................................................................6 （一）太阳能光伏产业链概述......................................................................................6 （二）太阳能电池硅材料企业在产业链中重要地位 ................................................7 （三）太阳能电池产业对整个太阳能光伏产业影响 ................................................8 三、太阳能电池概况..............................................................................................................8 （一）太阳能电池定义 ..................................................................................................8 （二）太阳能电池发展简史..........................................................................................8 （三）太阳能电池的工作原理......................................................................................9 （四）太阳能电池的制作过程....................................................................................11 四、太阳能电池分类及简介................................................................................................14 （一）太阳能电池分类 ................................................................................................14 （二）单晶硅太阳能电池 ............................................................................................15 （三）多晶硅太阳能电池 ............................................................................................15 （四）多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池 ...................................................................16 （五）非晶硅薄膜太阳能电池....................................................................................16 五、太阳能电池应用............................................................................................................16 （一）太阳能电池的应用 ............................................................................................16 - 1 - （二）太阳能光电板、板阵、光电系统及应用.......................................................20 （三）光伏与建筑照明一体化....................................................................................22 六、国内外太阳能电池行业发展现状及分析 ..................................................................23 （一）国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势.......................................................23 （二）国内硅太阳能电池产业发展现状及面临的主要问..................................25 七、国内外太阳能电池主要生产企业及市场分额..........................................................26 （一）全球主要太阳能电池企业及所占市场分额 ..................................................26 （二）我国太阳能电池企业生产量及产能统计.......................................................30 （二）国内太阳能电池主要生产企业情况...............................................................32 八、中国太阳能电池用硅材料行业状况...........................................................................36 （一）国内太阳能用多晶硅原料的行业现状 ..........................................................36 （二）国内太阳能用单晶硅材料的行业现状 ..........................................................38 （三）国内太阳能电池用单晶硅片、铸造多晶硅片生产现状..............................42 九、太阳能电池硅材料市场状况及需求分析 ..................................................................45 （一）世界太阳能电池硅材料市场状况及需求分析 ..............................................45 1、世界太阳能电池用硅原材料总消耗量 .........................................................45 2、世界太阳能电池用多晶硅材料供应与市场需求分析 ................................48 （二）我国太阳能电池硅材料市场状况及需求分析 ..............................................49 1、我国太阳能电池多晶硅市场状况及需求分析.............................................49 2、我国太阳能电池单晶硅市场状况及需求分析.............................................51 （三）太阳能用硅材料的市场供应及价格变化.......................................................52 十、中国对太阳能利用的政策 ...........................................................................................52 （一）我国太阳能利用发展历程及出台的相关政策 ..............................................52 （二）我国太阳能发电的成果及现状 .......................................................................54 （三）我国的太阳能资源及市场前景 .......................................................................54 （四）我国的光伏产业规划目标................................................................................58 十一、太阳能电池及材料生产工艺及技术发展趋势......................................................58 - 2 - （一）晶体硅太阳能电池生产工艺及技术发展趋势 ..............................................59 1、单晶硅太阳能电池及材料工艺与技术 .........................................................59 2、多晶硅太阳能电池及材料工艺与技术 .........................................................59 3、高效率低成本晶体硅太阳能电池技术发展趋势.........................................60 （二）新型薄膜太阳能电池及材料工艺与技术.......................................................63 1、多晶硅薄膜太阳能电池及材料生产工艺与技术发展 ................................64 2、非晶硅薄膜太阳能电池工艺及技术发展 .....................................................66 3、碲化镉（CdTe）系薄膜太阳能电池.............................................................70 CIS4、硒铟铜（）系薄膜太阳能电池 ...............................................................70 十二、太阳能电池未来发展趋势前途分析.......................................................................71 （一）硅系结晶类太阳能电池发展前途分析...........................................................71 （二）薄膜类太阳能电池发展前途分析 ...................................................................72 （三）新材料太阳能电池发展前途分析 ...................................................................73 十三、太阳能电池硅材料企业投资建议...........................................................................74 （一）投资分析.............................................................................................................74 （二）技术风险.............................................................................................................75 （三）市场风险.............................................................................................................76 - 3 - 一、太阳能光伏产业前景展望 （一）太阳能产业综述太阳能产业 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大 26 22气 层 的 能 量 仅 为 其 总 辐 射 能 量 （ 约 为 3.7510 W ） 的亿 分 之 一 ， 但 ×已 高 达 500173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于万吨煤。地球上的 风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是 地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳 能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、 光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可 免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。 太阳能利用主要涉及两个技术领域，通过转换装置把太阳辐射能转换成热能属于太 阳能热利用技术，再利用热能进行发电称为太阳能热发电，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，因此又称太阳能光伏技术。 1050过去年里，全球太阳能电池产业 1990～2006 十几年里增长了多倍，太阳能 40%光伏发电是能源技术领域发展最快的一个行业，近几年的增长速度都在以上，而发 达国家太阳能产业增长速度更是飞快。2006 年全球总产量达到 2500MW, 同比增长 7GW42.1%，累计装机发电容量已超过。全球总产量中，日本产量最大，为 928MW， 占全世界的 37.1％；欧洲总产量 657MW，约占 26.2%；美国总产量 202MW，约为 8%；其他国家总产量 714MW，其中我国产量已达到 369MW，已经超过美国成为世界 第三大太阳能电池生产国。在美、日、德三国大规模的太阳能屋顶的推动下，以太 阳能光伏集成建筑为核心的光伏并网发电市场已经超过离网应用，成为世界光伏工业的 最主要发动机。 国外太阳能光伏产业市场拉动了我国光伏产业的发展，但国内的光伏市场太阳能应 用只刚进入起步阶段。我国目前的太阳能光伏产业主要在两方面发挥作用：一是国家示 - 1 - 范项目、民心工程和国际合作项目，如“西藏无电县建设”、“送电到乡”、“光明工 程”等项目的建设；另外，就是无电地区通信、卫星信号的传输和接收，以及输油、输 气管道的阴极保护等系统所用的电源；还有极少部分用作带有“科技示范效应”的路 灯、广告牌、草坪灯等电源。除此以外，其他方面的应用还比较少。 1.1世界各国都对太阳能光伏发电给予大力支持，表列出了 1995-2006 年世界主要 国家太阳电池安装量。 表 1.1 1995～2006 年全世界太阳电池产量及累计安装量 美国 日本 欧洲 其他 总和 累计安装量 增 长 增 长 增 长 增 长 增 长 增 长 年度 MW MW MW MW MW MW 率% 率% 率% 率% 率% 率% 1995 35 35.5 16 -0.6 20 -7.4 6 13.4 78 11.8 568 15.5 1996 39 11.8 21 29.3 19 -6.5 10 53.5 89 14.2 665 15.4 1997 51 31.3 35 65.1 30 61.7 9 3.6 126 42 791 18.9 1998 54 15.3 49 40 34 10.2 19 98.9 155 23.1 946 19.6 1999 61 13.2 80 63 40 19.4 21 9.6 201 30 1147 21.3 2000 75 23.3 129 60.8 61 51.7 23 14.2 288 42.9 1435 25.1 42.4 33 39.3 390 35.7 1825 27.2 2001 100 33.4 171 33.1 86 2002 121 20.6 251 46.6 135 56.3 55 68.8 562 44 2387 30.8 2003 103 -14.4 364 44.9 193 43.2 84 52.2 744 32.5 3131 31.2 2004 139 34.7 618 69.8 308 59.3 129 53.9 1194 60.4 4325 38.1 2005 154 10.8 833 34.8 470 52.6 302 134.1 1759 47.3 6084 40.7 2006 202 31.2 928 11.4 657 39.8 714 136.4 2500 42.1 8584 41.1 （二）太阳能光伏产业发展迅速 能源日益紧缺和环保的压力促使各国都掀起了开发、利用太阳能和可再生能源的热 潮，开发和利用太阳能已成为了各国可持续发展战略的重要组成部分，近三十年来，太 - 2 - 阳能利用技术在研发、产业化、市场开拓方面都取得了长足的进展，成为世界快速、稳 定发展的新兴产业之一。 2080光伏产业是世纪年代后世界上增长最快的高新技术产业之一。自 1990 年开 始，随着各国对可再生能源的重视和太阳电池转换效率不断提高而使成本不断降低，太 阳电池产量快速增长。2000 年以后全球光伏市场的发展超过了工业历史上有过的任何 42%一次飞跃，2006 年光伏工业增长，达 2.5GWp。光伏发电的前景已经被越来越多的 国家和金融界所认识，许多发达国家和地区纷纷制定发展计划。 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 8电力规划，累计投入达亿多美元。1992 年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制 100定了宏伟的发展目标。美国规划“百万太阳能屋顶计划”，到 2010 年将为万个家庭 安装太阳能屋顶，每个光伏屋顶将有 3kW~5kW 光伏并网发电系统。有太阳时，太阳能 屋顶供电；无太阳时，电网向家庭供电。仅此计划，美国到 2010 年将用太阳能供电至 少可达 3000MW 以上。美国能源部曾宣布：计划到 2010 年累计安装的太阳能发电装置 所能达到的容量将超过 4600MW，这势必会大大刺激美国太阳能电池行业的发展。 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”。日本政府对“新阳光计划”的支持力度很大。日本 政府提出在 2010 年实现全国太阳能发电装机总容量 5000MW 的新能源工程，截至 2004 70%年累计安装量已达到 1900MW，而且近两年来发展速度惊人，增长率达到以上。 欧盟的可再生能源白皮书及相伴随的“起飞运动”是驱动欧洲的光伏产业发展的里程 碑。它的总目标是到 2010 年，欧盟内的光伏发电装机容量要达到 3700MW，并同时出 口 3000MW。欧洲的德国、丹麦、意大利、英国、西班牙也开始制定本国的可再生能源 法案，通过给予大量补贴和政策优惠，加速驱动光伏工业的发展。 3我国在 2005 年月，正式颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并于 2006 年 11 月日正式实施。我国在新的《可再生能源中长期规划》提出，到 2010 年，我国太 40220阳能光伏发电总容量将达到万千瓦，2020 年达到万千瓦。新政策的出台，将促 进我国太阳能光伏发电产业的发展，将使太阳能光伏发电量上升到一个新的水平。 - 3 - （三）太阳能光伏产业发展空间巨大 2080太阳能利用中最重要的是光伏产业。世纪年代以来，光伏产业是世界上增长 最快的高新技术产业之一。 15%这些年来人们对太阳能光电池所做的努力，已经使多晶硅光电池转化率达到， 20%25%单净硅光电转化率到，砷化镓光电池是，在实验室中特制的砷化镓光电池甚而 已高达 35~36%。专家认为，太阳能光伏发电是目前已知发电方式中最清洁、最安全、 潜力最大的新兴发电方式之一。 在现有太阳能光电池的发电模式中，多数采用方位固定的大面积的平板式光电转化 模式。如果能有高转化率的聚光光电池供应，亦即这一光电池不仅在通常太阳光的辐照 300700下能维持 25%~35%的光转化率，而且能在聚光条件下，如将太阳光聚光～倍， 将能期望用较少量的聚光电池，获得较大的光伏能源。现在国际市场上已出现有这种聚 30%光电池，其光电转化率高达。 太阳能光发电比太阳能热发电有更为迅速的价格下降空间，而且还可能下降到比煤 发电成本更为低廉。煤是全程污染的能源，所以，如果太阳能光发电的成本能够下降到 10 美分／千瓦时，就将有巨大的经济效益。很多人认为到了 2020 年，光伏电池成本将 251010由现在的美分／千瓦时下降到美分／千瓦时，也有认为到 2010 年即能下降到 美分／千瓦时。可以预见，随着技术进步和生产能力不断扩大，光电转换效率会逐步提 1.2高，太阳能电池光伏发电成本会逐步降低，并且价格也会随之下降。见表。 表 1.2 预测 2010～2030 年主要太阳电池光电转换效率 CIS年份 染料电池 薄晶硅电池 薄膜硅电池 超高效电池电池 20154019102010 16（） 12（） 28（） 13（） 6（） 25184525152020 19（） 14（） 35（） 18（） 10（） 25205025182030 22（） 18（） 40（） 22（） 15（） - 4 - 52沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约万平方公里，大部分 15集中在内蒙古地区和新疆地区。如果太阳能转化为电的效率是％，每平方米的面积 将能提供约 0.036 千瓦的电能，其日平均将能提供约 0.41 千瓦小时的电能。所以，仅内 蒙古自治区的沙漠地区的太阳能就能为中国在 2050 年以及今后的发展提供所需要的足 够的电力。太阳能的利用并不限于光能转化为电能的光电效应。太阳能还能广泛地用做 日常生活的供暖和供冷，而太阳能定日镜的广泛利用，还能提供各类工业和家庭生活中 所需要的处于高温状态下的热能。人类的未来将是一个太阳能时代的未来。 （四）光伏产业发展的原动力 为了推动太阳能产业的发展，发达国家太阳能的开发与利用绝大部分依托国家行政 力量，比如，美国的《能源政策法》规定，企业用太阳能和地热发电的投资可永久享受 10%的抵税优惠，德国被业内人士称为“光伏黑洞”，德国为了提高太阳能等可再生能源 的综合利用，将设立 6000 万欧元的联邦研究基金，其中由政府承担的费用为 4000 万欧 元。日本原本是一个能源输入国，但由于其大力发展太阳能，如今正变成一个能源输出 国，现在日本生产的太阳能电池占全世界一半以上。 这些国家太阳能光伏发电之所以能迅速进入千家万户，主要得益于政府行之有效的 引导与激励措施。据了解，德国主要采用了两种鼓励办法：一是用高价收购居民的太阳 能电力，汇入总电网，每度收购价约 0.53 欧元，而居民使用太阳能电力的价格则与普 通电价相同，每度收购价约 0.21 欧元，因此激发了居民在自家屋顶、庭院安装太阳能 3%发电设备的自觉性；二是贷款优先，并对贷款贴息，鼓励居民购买安装太阳能发电 设备。 日本为鼓励百姓使用太阳能电力，也采用了补贴。居民安装太阳能发电设备所 50%花费的投资由政府补贴，太阳能所发的电并入电网，政府高价收购，居民用电的价 格则低于收购价格。由于居民从中感受到使用太阳能电力的好处，仅 2004 年一年，日 - 5 - 8300本就有万个屋顶新装了太阳能发电设备。日本在“新阳光计划”中，每年拨款多亿 日元用于新能源技术开发。 世界太阳能利用水平高的国家和地区，由于当地政府积极采取了众多鼓励措施，刺 激了市场的需求，带动了产业的发展。而我国目前光伏产业的生产能力虽快速增加，但 由于国内市场需求的“原动力”不足，绝大部分产品都不得不卖到国外。 目前，我国虽然已经将光伏产业正式纳入国家能源发展的中长期规划，但与德国、 日本、美国等世界先进国家已经将太阳能纳入能源储备战略相比，我国政府对太阳能产 业的支持力度还不够。“十一五”规划中提到，到 2010 年我国单位国内生产总值能源消 20%55%耗比 2005 年降低左右。如何使能源消耗在年内降低，同样需要国家在“阳光 计划”政策上的扶持。 二、太阳能光伏产业链 （一）太阳能光伏产业链概述 2050160自世纪年代研制成第块实用的硅太阳能电池，年代太阳能电池进入空 70间应用，年代进入了地面应用，太阳能光电技术已经历了半个世纪。目前，占主流 的太阳能电池是硅太阳能电池。 硅太阳能电池主要包括块状（Bulk）太阳能电池和薄膜（Thin-film）太阳能电池。 块状硅太阳能电池发电需要的部件主要包括单（多）晶硅片、电池片和电池组件。一条 完整的块状太阳能电池产业链包括从最初的硅材料到硅锭、硅片、电池片，最终产品是 200450电池组件，通常的晶体硅太阳能电池都是在厚度µm～µm 的高质量的硅片上制成 的，这种硅片从拉制或者铸造的晶锭上切割而成的，这种硅片从拉制或者铸造的晶锭上 切割而成，消耗的硅材料较多，为了节省材料，降低成本，开始了薄膜化的研究，产生 2.1了薄膜太阳能电池。图给出了硅系太阳能电池产业链。 - 6 - 多晶硅锭 多晶硅 太阳能电池用硅片 块状太阳能电池 单晶硅棒 单 太阳能电池组件 多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池 衬底 非晶硅薄膜太阳能电池 薄膜 图 2.1 硅系太阳能电池产业链 2/3我国太阳能资源十分丰富。全国以上地区年日照数大于 2000 小时，太阳能理 20论上储量高达每年 17000 亿吨煤。我国光伏产业经过多年不懈努力，已达到一 定技术水平和生产规模。但由于太阳能电池产业发展迅猛，所需硅材料国内尚不能满 足。 （二）太阳能电池硅材料企业在产业链中重要地位 太阳能电池硅材料企业处于整个太阳能电池产业链的上游，是硅太阳能电池制造的 21基础。世纪，全世界面临着能源短缺，而太阳能光伏发电是缓解能源短缺的有效途 径，因此，日、美、欧各国纷纷立法促进硅太阳能电池的生产和应用，硅太阳能电池产 业有了前所未有的高速发展。 由于太阳能电池产业的强力拉动，造成了太阳能电池用硅片供不应求，太阳能电池 生产企业面临着原料危机。就太阳能用多晶硅片缺乏来说，主要是多晶硅锭原材料的不 足造成的。由于国际半导体工业的迅猛发展，以及两次海湾战争造成的国际石油价格暴 涨的能源危机，造成了对半导体级高纯多晶硅的巨大需求，也客观上促使国际多晶硅短 缺紧俏及价格暴涨。加上多晶硅生产主要由国外几家大公司控制，他们结成同盟，以技 术封锁，市场垄断等手段控制市场价格，形成了国内多晶硅严重短缺的局面。 - 7 - （三）太阳能电池产业对整个太阳能光伏产业影响 太阳能电池产业是整个光伏产业链的中间部分，太阳能电池是整个产品链中的中 间产品，其重要性不言而喻，是联结上游原材料和下游组件产品的桥梁。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环 境污染。太阳能电池就是利用太阳能产生光电效应来发电的一种产品，它能否被广泛应 用，主要是两个因素在起着作用，一个是成本问题，另一个是光电转换效率问题，这两 个因素之间又存在着一定的联系。只有在保证光电转换效率下降不大（或不变、提高） 情况下，降低成本才有意义（如：多晶硅薄膜电池）。同样，在保证成本不变（或降 低）情况下，提高光电转换效率才能产生更大的收益（如：控制成本在一定范围内的前 提下提高技术水平）否则，以高昂的代价来提高光电转换效率是得不偿失的。也就是 说，要权衡一下降低成本和提高转化率之间的得失。所以，薄膜化技术被十分看好，认 为是降低成本的重要途径。 同时，也可以在太阳能电池组装成板阵和光电系统时，加上一些辅助装置来提高光 电转换效率。太阳能电池产业是整个光伏产业中最重要的中间一环，它的发展将直接影 响整个光伏产业的发展走势。 三、太阳能电池概况 （一）太阳能电池定义太阳能电池 什么是太阳能电池？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能 的装置。 （二）太阳能电池发展简史阳能电池发展 Charles Fritts 在 1889 年左右发明了第一个真正意义上的太阳能电池，是用一层几 1%乎透明的黄金覆盖在硒上面制成的，该电池效率低下，仅仅能转化不到的光能成电 能。 - 8 - 92719301年，一个铜和氧化铜的太阳能电池产生了。到世纪年代，一些光感设 备（如：用来摄影的光学设备）在使用硒电池或者氧化铜太阳能电池。 1941 年 Russel Ohl 用硅制作出了一个转化效率更高的太阳能电池。硅是地球上含量 2第大的元素，仅次于氧元素，资源十分丰富。 6%1954 年美国贝尔实验室制造出第一块实用的硅太阳能电池（转化率只有），初 期由于价格昂贵只能用于一些特殊用途，如：人造卫星上。 206070到了世纪年代和年代初期，太阳能电池的价格昂贵，每瓦的价格以百美 元计，只能应用在无电又特别需要电的特殊场合，如：航标灯、通讯和照明等。 14%通过半个世纪的努力，大规模生产的晶体硅太阳能电池的转化效率已经达到～ 42315%，太阳能电池的造价和发电成本分别降至每瓦美元和每度美分左右，世界太 阳能电池的年产量 2005 年达到 1727 兆瓦。即使如此，其主要应用范围仍然是边远无电 区，解决照明、电视、冰箱、录音机用电以及微波中继站、航海信号灯、气象检测、光 伏水泵等用电。 目前，晶体硅太阳能电池因丰富的原材料资源和成熟的生产工艺而成为太阳能电池 研发和产业化的主要方向。 （三）太阳能电池的工作原理 太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转 换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。 太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以 光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 PN太阳能电池工作原理的基础是半导体结的光伏效应。所谓光伏效应就是当物体 受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属 PN性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的型硅和型硅。在纯净的硅晶体 中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、 - 9 - P铟等杂质元素，那么就构成型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、 N砷、锑等杂质元素，那么就构成了型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于 PN电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成结，并在结的两边形成内建电场。 p-n-p-n太阳光照在半导体结上，形成新的空穴电子对，在结电场的作用下，空穴 nppn由区流向区，电子由区流向区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也 是太阳能电池的工作原理。 3.1所以，如果一个回路（见图）形成，能量在下面照明电路中从电池中产生出 来，因为自由电子不得不通过这条回路重新回到正极中去。 图 3.1 在太阳能电池中的光电效应 从一个光电设备中可以得到的能量多少是由下面因素决定的： 材料的面积和类型 太阳光的强度 太阳光的波长 - 10 - 2 -2 ）下将 一个典型 100 cm 的单晶硅光电电池在夏季太阳照射充分情况 （1000Wm 0.531.5产生伏特的电压和安培电流强度，因而产生大约瓦特的功率。这个能量输出 是在太阳光直射情况下的结果。 光电电池的一个重要特点就是电池的电压并不依赖于它的尺寸和太阳光的照射强度 的改变。无论如何，输出的电流强度是和光线强度和电池尺寸有着一定的直接比例关系 的。见下图： 图 3.2 不同光线强度下一个太阳能电池的电流强度和电压曲线图 通过使用一个追踪装置使光电设备直接面向太阳，或者用透镜和镜子来聚焦太阳 光，太阳能电池的能量输出能够实现增长。无论如何，这个过程当中有一些限制，这些 限制来自于装置的复杂性和冷却电池的需要。如：电流的输出在高温的情况下是相对稳 定的，但是电压是相对缩减的，导致了当电池温度增长时，能量的下降。 （四）太阳能电池的制作过程 硅太阳能电池或者是用单晶片或者多晶片或者薄膜片制作出来的。 1/31/2单晶片从一个在 1400 度环境下产生的大晶块中切片出来的（大约到毫米 厚）。这个加工过程的花费很昂贵。硅必需是高纯度和有一个完美的晶体结构的，见 3.3a图（）。 - 11 - 图 3.3（a）在板上的单晶体太阳能电池 图 3.3（b）多晶太阳能板 多晶片的制作工艺是一个铸造过程，在这个过程当中，熔化的硅被倾倒到一个模子 3.3b里并且被定型。然后，它被切成薄片（图（））。因为多晶片通过模铸被制作出来 的，所以他们能够更加便宜的被生产，但是没有单晶体电池那么效率高。低效率归因于 来自铸造过程的晶体结构上的不完整。 非晶态硅薄膜电池，一种薄膜技术产品之一，是通过把一种含硅的气体（如：硅 3.3c烷）中硅沉淀到一个玻璃底片上来制作出来的（见图（））。 非晶态硅技术工艺是薄膜技术中的一种。另外的薄膜技术太阳能电池包括多晶硅薄 //膜太阳能电池，铜铟硒化合物镉硫化合物薄膜太阳能电池，铬的碲化物铬的硫化物电 池和镓的砷化物电池。这些薄膜技术的优点有：容易沉积和形成，能够沉积在不昂贵的 底片和建材上，能够批量生产，和对大量仪器的高适配性。 图 3.3 (c) 非晶态硅电池太阳能板 - 12 - 太阳能电池片的整个生产工艺流程见下图。 硅 片 去损伤层 硝酸、氢氟酸 制绒清洗 多晶硅酸；单晶硅碱 扩散制结 管式或者链式；采用 PSG 去磷硅玻璃 等离子刻蚀去边 或激光去边、湿法去边 PECVD 减发射膜 含钝化作用 丝网印刷与烘干 正反面电极印刷，低温烘 高温烧结 测试分档 包装入库 图 3.4 太阳能电池片生产工艺流程 - 13 - 四、太阳能电池分类及简介 （一）太阳能电池分类太阳能电池 太阳能电池按型态，可以分成 Bulk 与 Thin-film 两种型态。目前，单晶或多晶硅块 85%状太阳能电池占整个硅系太阳能电池市场的以上，是目前的主流产品。块状硅太阳 4.1能电池的分类见图： Bulk（块状）太阳能电池 结 化合物 晶 硅 半导体 砷 化 镓 太 单 多 阳 晶 晶 能 硅 硅 电 池 图 4.1 块状太阳能电池分类 薄膜（Thin-film）太阳能电池包括多晶硅、非晶硅、微晶硅、在廉价衬底上硅、化 CIS合物半导体材料（CdTe、）系，以及新材料，如：色素增感，有机系等。薄膜太阳 4.2能电池的分类见图。 - 14 - Thin-film（薄膜）太阳能电池 第二代 第三代 第一代 新材料 C 非 多 色 有 ar 非 多 b 晶 晶 素 机 o 晶 晶 n 硅 硅 增 系 硅 硅 感 系 微 低 C C 晶 温 d IS T 硅 多 e 晶 硅 图 4.2 薄膜太阳能电池分类图 下面着重介绍几种常见的硅系太阳能电池。 （二）单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，面积小，输出功率大，稳 (20)定性好，使用寿命长一般可达年以上，但原材料成本较高，弱光特性较差，生产工 艺复杂，故售价也较高。 （三）多晶硅太阳能电池 同单晶硅相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转化率与单晶硅太阳能电池比较 接近，因此，多晶硅太阳能电池是未来地面应用的发展方向之一。 一般商品多晶硅太阳能电池组件的转换效率为 12%—14%。商品多晶硅太阳能电池 的产量占硅太阳能电池的 50%以上。它是太阳能电池的主要产品之一。 - 15 - （四）多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池 350450通常的晶体硅太阳能电池是在厚度～µm 的高质量硅片上制成的，这种硅片 从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从 70 年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池就 由此而产生了。 多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在 廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此， 在解决好技术问题之后，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 （五）非晶硅薄膜太阳能电池 68%,非晶硅太阳能电池的转换效率较低（约～左右），面积较大但因其原材料成 ,.本较低可便于大面积工业化生产，今后最有希望用于一般大面积发电的将是这种电池 随着制造技术和新材料的应用，一旦它的大面积实用组件光电转换效率达到 10-15%以 12上，每瓦发电设备的价格降到～美元时，便足以大面积得到广泛应用，并将逐渐取 代现在常规能源。 五、太阳能电池应用 （一）太阳能电池的应用 2太阳能电池从根本上用于个方面： 1（） 地面应用。 2（） 空间飞行器上应用。 太阳能的应用领域比重分布图： - 16 - 其他应用 消费类产品 工业应用 2% 30% 汽车 14% 8% 计算机应用 11% 通信 军工和宇航 21% 14% 图 5.1 太阳能电池应用分布图 208090在世纪年代大部分时期和年代早期，太阳能板的最大市场是偏僻地区的 90电力供应和用在一些消费产品上（手表，玩具和计算器）。无论如何，在年代中 期，一个更大的用途出现了，就是发展建筑用综合太阳能板。屋顶光电系统现在正拉动 7着日本、欧洲和美国市场的发展。日本有一个项目计划：到 2000 年为止，建立万太 400阳能住宅，安装兆瓦的光电系统；到 2010 年为止，安装 4600 兆瓦光电系统。在欧 洲，几个国家正在支持太阳能住宅的建立，欧洲的国会已经作了 1000 兆瓦的安排。在 美国，克林顿总统宣布一个太阳能屋顶项目，该项目计划到 2010 年为止在美国安装一 百万太阳能屋顶。 在澳大利亚和美国，鼓励消费者选择可再生的能源的绿色能源计划出现为这个工业 WASA 增 长 提供了 更大 的 动 力 。 在（Kalbarri） ，Singleton NSW(Hunter Valley)和 5.2(Wilpena Pound )和在美国的许多地方（见图），建立太阳能农场等。澳大利亚的电 力部门在许多地方实际上已经建立了示范工程，有维多利亚省能量公园----- 被叫做极光 项目，Energy Australia 公司的 Home bush 公园和国家研发中心和 Country Energy 公司 的太阳能农场。 - 17 - 图 5.2 卡尔巴里光电装置 太阳能电池的主要应用如下： ?阴极保护系统 阴极保护是保护金属结构避免腐蚀的一种方法。它适用于桥梁，管道，建筑物，坦 克，井和铁路线。为了获得阴极保护，一个低的负电压被应用到金属结构上。这能避免 氧化和生锈。阴极的正接线端被连接一个以牺牲为目的的阳极上，这个阳极通常由一片 废弃的金属组成，这个金属能够代替这个结构物来腐蚀。光电太阳能电池经常被用在偏 僻地区提供这个负电压。 ?通电栅栏 通电栅栏被广泛用在农业上用来阻挡牲畜和食肉动物进入或者离开一个被圈起来的 500区域。这个栅栏通常有两个被维持在伏特的直流“通电”线。这通常能有效阻止牲 畜并且吓走他们。这个栅栏也被用在野生动物保护区。这些栅栏需要一个高的电压但是 非常小的电流，并且经常位于电力成本很高的偏远地区。这些需要能被一个光电系统满 足，这个光电系统拥有太阳能电池，一个能量调节装置和一个电池。 ?偏僻地区的照明系统 在偏僻地区的照明经常被需要，在那里，发电成本太高了以至于不能考虑使用电 网。太阳能电池适合这样的应用，这些应用包括安全照明，导航援助（例如：浮标和灯 塔），红绿灯，铁路信号灯和乡村照明，一个蓄电池经常被用在如此的系统。他们经常 - 18 - 包括一个光电板加一个蓄电池，能量调节器和一个低电压高效直流荧光灯。这些系统在 偏僻地区非常流行，尤其是在发展中国家，并且这是太阳能电池一个很大的应用之一。 ?通讯和偏僻地区监控系统 在偏僻地区，好的通讯系统对于提高生活质量是很必要的。无论如何，驱动这些通 讯系统的电力系统的成本和很高的维护这些日常系统的成本已经限制了这些通讯系统的 使用。光电系统通过发展偏僻地区通讯转发器站来提供了一个解决成本和效用问题的办 法。这个系统典型包括一个接收器，一个传送器和一个基于电力提供系统的光电系统。 成千上万的这些系统在全世界范围内已经被安装起来并且可靠性很好，而且拥有相对低 的运行和维护成本。 类似的原理也被应用到太阳能发电收音机和电机设备，紧急电话和控制系统上。偏 僻地区监控系统被用来收集天气数据或者其他的环境信息并且通过收音机自动传递给听 众。 ?太阳能供电水泵 如今，在全世界上存在着超过一万台太阳能发电的水泵被使用。在澳大利亚，他们 被广泛使用在农场里和用来给牲畜提供饮水的内地站点里。在发展中国家里，他们被用 来从井中和河里泵水给乡村作为农作物的灌溉用水和家庭用水。一个典型的光电水泵系 统中有一个驱动电力发电机的光电板阵，而这个电力发电机是用来驱动水泵，水经常被 从底下和溪流里泵到一个有引力的箱体里面。对于农业设备提供者来说，光电驱动水泵 系统可以很容易得到，并且，他们用来替换偏僻地区的风力发电被认为很划算。 ?乡村电气化 蓄电池被广泛应用在偏僻地区，被用来提供照明、通讯、也包括机器用的较低电压 的能量。一个光电驱动电池系统通常包括一个小的光电板阵加上一个电荷控制器。这些 系统被广泛应用在发展中国家的乡村电气化项目上。 ?\u27700X处理系统水处理 在偏僻地区，电力经常被用来消毒和净化饮用水系统。光电电池被用来驱动一个紫 外线辐射灯来杀死在饮用水中的细菌。这个灯也能被连接到一个太阳能发电水泵系统 - 19 - 上。盐水脱盐能通过光电驱动的反向渗透系统来完成。这被用在澳大利亚干旱地区，从 自流井中产生新鲜水。 随着科技的发展，太阳能电池的应用领域会更加广泛，需求量也会加大。具有广阔 的市场空间。 （二）太阳能光电板太阳能光 、板阵、光电系统及应用光电系统及 太阳能电池供电量有限，并不能满足更大供电量的需求，所以，要连接起来，以提 供更大能量。这样，为了满足更大能量的需要，就形成了太阳能电池—太阳能光电板— 太阳能光电系统一个由简单走向复杂的过程。 ?\u20809X电板 0.5因为单个光电电池仅仅有一个大约伏特的工作电压，所以他们通常按照一定序 列（正极到负极）连接起来以便于产生更大的电压。根据不同的目的光电板可以制作成 不同的尺寸，他们通常属于下面三种的一种： 1312（）低伏特和低能量板是由到个硅光电片连接而成的。它有很小一些平方厘 1.56米面积大，能够提供伏特到伏特的电压输出和一些毫瓦特的功率输出。虽然，这 些光电板是非常小，但是整个产品是很大的。他们主要用在手表，时钟和电容器，照相 机和感光设备上，例如：照明电灯。 2110（）范围从一百平方厘米和一千平方厘米之间的面积大，产生到瓦特功率和 1003-10 伏特电压的小板是通过切割平方厘米的单晶或者多晶电池成薄片并连接成一个 系列来制作成的。 31060612（）功率范围从到瓦特和通常或者伏特或者伏特电压，面积从 1000 1036平方厘米到 5000 平方厘米的大光电板通常是有个到个完全尺寸太阳能电池按照 一系列顺序连接起来的。这些板被用来作为小水泵和旅行队的能量供应（光和制冷）或 者组成一定序列电池板阵来给房屋、通讯发电和遥远面积的能量供应站提供能量。 - 20 - ?\u26495X阵和系统板阵和 如果一个设备需要的能量超过了一个单独的板所能提供的能量，那就需要连接大量 板的系统产生能量。因更大能量和更大电压的需要，比一个光电板所能提供能量大的多 的一个更加复杂的电池板阵产生了。 ?板阵 1250板阵通常运转按照一定顺序排列而成的板，所以电压是在到伏特之间，但能 3-6够产生更高的电流。这既安全同时又能缩减能量损失。板阵通常的花费是每瓦特美 502008元。也就是说一个瓦特的板现在要花费大约美元。年前，同样标准的板阵要 500花费美元，也就是大约每瓦特要 8-10 美元。 图 5.3 由 16 个板组成的光电追踪电池板阵 板阵在建筑房屋方面正拥有更多的用途。它们拥有双重用途，既能充当墙和屋顶的 作用，同时又能提供电能。最终，随着太阳能电池价格的跌落，集成太阳能电池可能成 为一个新的电能来源。 光电电池板每天的能量输出随着方向、地点、天气和季节的不同而变化。通常来 5说，在夏季，一个板按每天瓦特时来计算将能产成它本身能量损耗倍的能量，在冬季 250250是倍。例如：在夏季，一个瓦特的板将产生一个平均瓦特时的能量，在冬季 100大约瓦特时。 - 21 - ?光电系统 有时需要更大能量的供应，在这种情况下，由下面几个部分组成的光电系统被使用 5.4了。（见图） 2(a)一个光电板组，从个多几百个板 (b) 一个控制板，用来控制来自光电板上的能量 (c)一个能量储存系统，通常由一些特定被设计好的电池组来组成。 240(d) 一个反向换流器，用来把直流电转变成交流电（例如：交流电） (e) 能量支持系统，例如：柴油发电机 图 5.4 光电系统的组成图 （三）光伏与建筑照明一体化 光伏与建筑照明一体化是光电技术在建筑业领域的应用。它是通过对传统意义上建 筑材料的替换来完成。例如：在一个光伏与建筑照明一体化项目过程中，拱性玻璃、天 窗，或者屋顶材料可能被用在建筑面积相当的光电系统模块来代替，这些模块有充当表 面材料和提供能量的双重作用。随着建筑商正在节约传统材料成本的需要，买和使用光 电系统的材料显得更加经济。光伏与建筑照明一体化系统或者是被连接到公用电网上的 系统或者是被设计成单独的脱离电网的系统。 栅格状连接的光伏与建筑照明一体化系统的一个优点就是在一个建筑物的峰值载荷 DSM需求时段能够提供一个典型大的能量。通过峰值波动和（电力需求侧管理）应用 来节约电力成本。 - 22 - 光伏与建筑照明一体化系统的优化是建筑师，工程师，建筑商，市政官员，系统的 早期使用者的迫切愿望。 六、国内外太阳能电池行业发展现状及分析 目前，晶体硅太阳能电池因丰富的原材料资源和成熟的生产工艺而成为太阳能电池 研发和产业化的主要方向，而多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池虽然具有较高的转化效率 和相对较低的成本，但生产工艺还不成熟，还没有大量产业化，所以主流产品还是晶体 硅太阳能电池，具体比例如下图： 10% 90% 结晶硅太阳能电池 薄膜太阳能电池 图 6.1 太阳能电池主要种类及市场分额 （一）国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势 太阳能电池追求的总体目标仍然是提高转换效率和降低成本。单晶硅太阳能电池使 1516用年限较长，转换效率较高，一般在％～％之间，但相对较贵；而多晶硅太阳能 1415电池制造流程较为简单，相对也比较便宜，但转换效率较低，约％～％，两者为 90目前全球太阳能光电应用比例最高者，合计市场占有率已经达到％。 2006 年全球太阳能电池总产量 2500MW，比 2005 年产量 1758 兆瓦增长 41.1%， 928833其中日本的产量达到兆瓦，比 2005 年兆瓦增长 11.4%，是全世界第一大生产 657, 470国，占全世界 37.1%；欧洲太阳能电池的生产量为兆瓦比 2005 年兆瓦增长 , 15439.8%；美国太阳能电池的生产量为 202.0 兆瓦比 2005 年兆瓦增长 31.1%；其他 714, 302国家地区太阳能电池的生产量为兆瓦比 2005 年兆瓦增长 136.4%，大幅增 - 23 - 长，中国、台湾增长很快，其中中国太阳能 2006 年电池产量达到 369.5MW，已经超过 6.2美国成为世界第三大太阳能电池生产国。图给出了 1995～2006 年世界太阳电池生 产量的增长情况： 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 美国 35 39 51 54 61 75 100 121 103 139 154 202 日本 16 21 35 49 80 129 171 251 364 618 833 928 欧洲 20 19 30 34 40 61 86 135 193 308 470 657 其他 6 10 9 19 21 23 33 55 84 129 302 714 合计 78 89 126 155 201 288 390 562 744 1194 1759 2501 图 6.2 1995～2006 年世界太阳能电池产量 （PVNET2007.3） 表 6.1 2004-2005 年世界硅太阳能市场构成 2004 年 2005 年 产品种类 产量 (MW) 比例 (%) 产量 (MW) 比例 (%) 增长率 (%) 1194 1758 100 47.2 全部 100 669.15 991.0 56.3 48.1 56.0 多晶硅太阳能电池 343.45 28.7 486.4 27.7 41.6 单晶硅太阳能电池 据 2006 年最新资料显示，太阳能电池的种类按照所占比例的高低排列分别主要为 多晶硅、单晶硅、α-Si/ 结晶 Si 、无定形硅、硅带等，晶体硅太阳能电池无疑在目前 占领着主导地位。 2070为了进一步降低成本，从世纪年代开始，国际上就已经展开了在廉价衬底上 沉积多晶硅的研究，并且已经取得了一定的研究成果。由于多晶硅薄膜电池所使用的硅 - 24 - 远比单晶硅和多晶硅太阳能电池少，而且其电池无效率衰退问题，并且能在廉价衬底材 料上制备，成本远远低于单晶硅电池，因此，随着技术和生产工艺的逐步成熟，多晶硅 薄膜电池将成为未来主要发展方向之一。 非晶硅薄膜太阳能电池于 1976 年问世，在 1980 年大规模应用于计算机电源后，逐 步发展到工业生产并进入国际市场。非晶硅薄膜太阳能电池虽然成本很低，但它的稳定 性和转化率还不高，技术还不成熟，有待于进一步提高稳定性和转化率。 太阳能光伏产业对薄膜太阳能电池的发展给予了很大希望，但是薄膜电池的技术进 步比预想要慢、要难。硅基薄膜电池将来有可能成为未来的主流方向，但至少在 2020 年前，晶体硅电池还是光伏发电的主流产品。 （二）国内硅太阳能电池产业发展现状及面临的主要问题 我国从 1958 年开始研制太阳能电池，1959 年第一块有实用价值的太阳能电池诞 3生，1971 年月首次应用太阳能电池为科学实验卫星的电源，开始了太阳能电池的空 间应用，1973 年首次在灯浮标上进行应用太阳能供电的实验，开始了太阳能电池的地 面应用。 在“九五”以前，我国太阳能电池产量还很小，只占世界太阳能电池的很少一部 分。近几年来，随着全球光伏产业的蓬勃发展，我国太阳能光伏产业也迅速成长，尤其 在无锡尚德太阳能电力有限公司扩产进入世界前八位之后，太阳能电池产业无论从产量 和技术研发上都有了长足的进展，新增了数条规模在 25MW 以上的太阳能电池片生产 线，形成了一定的规模的生产能力，我国光伏产业规模和技术水平都已有很大提高。到 102005 年底，我国已有多家具有规模的太阳能电池专业生产厂，晶体硅太阳能电池的 30010年生产能力已超过兆瓦，非晶硅太阳能电池年生产能力达兆瓦以上，太阳能电 池组件的生产能力已在 400MW 以上。2005 年我国太阳能电池片的总产量达 112MW 左 右，比 2004 年 54MW，增长 107%。2006 年我国太阳能电池产业更是获得爆发是增 230长，全年电池片产量达到 369.5MW，同比增长％。而太阳能电池总产能初步估计已 经达到 1600MW。 - 25 - 全球太阳能市场爆发性膨胀，刺激了我国太阳能电池生产的大幅度增长。但目前， 太阳能光伏发电行业发展面临最大的问题是硅料供应。由于来自太阳能行业对硅料的需 求增长超过了产能的增长，目前国际市场上多晶硅供不应求，导致硅料的价格大幅上 升。中国高纯多晶硅主要依赖进口，市场需求量增大，一些国外的多晶硅企业对我国实 行限购和禁购。原材料受制于人，不仅成为制约我国光伏产业发展的瓶颈，还在一定程 度上造成了行业的混乱。目前，国内光伏产业界有一个奇怪的现象，不管在光伏产业链 中是上游企业还是下游企业，谁能拿到原材料谁就是“大爷”。只要手中有原材料，下 游企业可以指挥上游企业为其单独“开小灶”，有些个别企业干脆做起了原材料的倒买 倒卖。由于众多国际“倒爷”和国内“倒爷”的搅和，我国国内多晶硅现货市场价格十 分混乱，一直攀升。在未来一、二年，太阳能电池原料还会持续紧张，电池片、电池组 件厂商的开工率不足，产能利用率较低。 另外，目前国内市场对太阳能产品需求不大，我国生产太阳电池片或组装太阳电池 组件的企业，产品绝大部分出口，用我国宝贵的一次性能源生产的环保产品为国外的环 保事业“打工”。 七、国内外太阳能电池主要生产企业及市场分额 （一）全球主要太阳能电池企业及所占市场分额 2005～2006 年全球主要太阳能电池厂商产量及排名见下图： - 26 - CY05 CY06 st434 Sharp 11 428 nd 253 22 Q－cells 166 rd180 33 Kyocera 142 CY06 158 th thCY05 Suntech 94 82 155 th thSanyo 45 125 111 th th 100 Mitsubishi 5 6 110 th th60 Motech 10 7 96 th th95 Schoott 7 8 86 th th97 SolarWorld 6 9 85.7 th th88 8 10 63 23 thBP NR 11 61 SunPower 53 th th 11 12 Isofoton 60 20 th60 FirstSolar NR 13 7 th40 Nanjing NR 14 20 th 24 Ersolr NR 15 24 thth524 Photowatt 12 16 252 300 0 100 200 400 500 600 资料来源： PV news，2007 年 3 月 图 7.1 2005～2006 年全球主要太阳能电池厂商产量及排名 Sharp 17.4% 21.0% Q－cells Kyocera Suntech Sanyo 1.0% Mitsubishi 1.6% 10.1% Motech 2.4% Schoott 2.4% SolarWorld 2.4% BP SunPower 2.5% 7.2% Isofoton 3.4% FirstSolar 3.4% Nanjing 6.3% 3.8% Ersolr 6.2% 4.4% 4.4% Photowatt Others 图 7.2 2006 年全球主要太阳能电池厂商市场份额 - 27 - 图 7.3 2007 年全球主要太阳能电池厂商产能及占市场份额预估 表 7.1 2001～2006 年全球主要太阳能电池厂商产量及排名 Company 各年度产量（MW） 厂家 Year 2001 2002 2003 2004 2005 2006 年度 Sharp 75.02 123.0 198 324 428 434 夏普 Q-Cells 28 75 166 253 德国 Q-Cells — — Kyocera 72 105 142 180 54 60 京瓷 Sanyo 19 35 35 65 126 155 三洋电机 Mitsubishi 14 24 42 75 100 111 三菱电机 Schott Solar RWE SCHOTT 23 29.5 42 63 95 96 BP 太阳能 BP solar 54.2 73.8 70.23 84.9 88 86 Suntech 2 5 8 30 85 158 无锡尚德 Motech 3 10 17 35 60 110 台湾茂迪 53.3 53 61 Isofoton 18.02 27.35 35.20 艾索菲通 206.8 844 1290 Other 89.26 116.65 146.67 其他 1189 1759 2500 Total 390.5 561.8 744.1 总和 - 28 - 从上表看出，目前全球太阳能电池市场基本由日本、欧洲等国际上大公司所占领， 2006 年中国太阳能电池企业的生产能力大幅提升，中国有无锡尚德太阳能公司的产 量、台湾茂迪公司已列入全世界排名前十位。 下面着重介绍一下国际上主要的太阳能电池企业情况。 夏普（Sharp）公司从 1912 年早川德次在东京创建金属加工业生产西服皮带扣开始 到如今已经成为世界知名的电子产品生产企业。它是目前世界上最大的太阳能电池生产 商，是最早意识到太阳能潜在优势的公司之一。1959 年开始研制太阳能电池，1963 年 40开始批量生产太阳能电池，拥有多年的研发、生产经验，主要生产结晶硅类太阳能 51310电池。夏普将从 2007 年月开始量产单元转换效率高达％、模块转换效率高达％ （均为业界最高水平）的薄膜硅太阳能电池。单位发电容量的模块价格（每瓦特的价 101格）比原来降低％。包括结晶硅产品在内，夏普的太阳能电池产能截止至 2007 年 月约为 600MW/年，该公司已宣布葛城工厂的年产能力在原有 600MW 的基础上增加 3110MW，从 2007 年月开始产能提高至 710MW/年。 Shell Solar 公司是壳牌国际再生能源公司的一个事业部，壳牌国际再生能源公司是 壳牌公司在 1997 年成立的子公司，为其五个核心事业之一，总部设于荷兰的阿姆斯特 25丹，在太阳能光电转换领域已经积累了年的研发、生产经验。目前，正致力于贯穿 整个光伏产业链生产，从太阳能硅片到太阳能电池，从太阳能电池到太阳能电池组件产 CIS13%品，新开发的电池组件效率已经超过。 日本京瓷公司创立于 1959 年，最初为一家技术陶瓷生产厂商。技术陶瓷是指一系 列具备独特物理、化学和电子性能的先进材料。如今，京瓷公司的大多数产品与电信有 关，包括无线手机和网络设备、半导体元件、射频和微波产品套装、无源电子元件、水 晶振荡器和连接器、使用在光电通讯网络中的光电产品。京瓷作为将太阳光转换为电能 的先驱企业，从 1975 年就积极开展研发活动，为太阳能电池的普及和发展做出了贡 献。其优异的技术、应用系统的开发能力以及销售业绩在世界范围内受到了高度评价。 从太阳能电池原料多晶硅板的生产到太阳能电池单元的制造、模块组装、销售、施工及 维修的一体化服务体制，确保了产品的高质量。并于 2003 年在天津与津一轻集团在泰 - 29 - --达共同合资组建京瓷（天津）太阳能有限公司，生产、销售太阳能发电装置太阳能电 220池集光板。这是京瓷首次在国外生产太阳能电池板，投资总额万美元。 BPBP 公司是全球最大的能源公司之一。BP SOLAR 太阳能公司是集团的全资子 30公司，也是全球最大的太阳能光伏生产商和销售商之一。BP Solar 在全球有多个办 事处和生产工厂，并在印度、南非和沙特阿拉伯等国家拥有合资企业。其产品在全世界 150 多个国家被广为使用。 德国 RWE SCHOTT Solar 是德国最大的太阳能电池制造商，在世界范围内名列第 8002.25，2004 年，该公司的员工总数仅仅名左右，但营业额已经达到了亿欧元，在 美国和德国都设有生产工厂，能够生产太阳能用硅片、电池、组件，业务覆盖整个产业 链。 日本三菱电机株式会社于 1921 年在东京成立，是综合性的电器制造厂家，世界 500 强企业之一，三菱电机长期以来建立起的旗下各公司、研究机构及制作所连为 一 体的全球网络，为各事业部门提供技术情报及资料，使其在创造一 流产品方面发挥重 要作用。三菱电机在保持工业及重电设备、卫星、 防御系统、电梯及自动扶梯、汽车 用电子用品、空调、通风设备等领 域的领先地位的同时，还将进一步拓展在携带行电 脑、移动通信设备 、显示设备、显示装置技术及尖端半导体等领域在世界市场的分 6额。目前该公司的太阳能电池产量占世界第位。 日本三洋电机株式会社在日本电器行业中，是最年轻的电器制造商。公司自 1950 年成立以来，一直致力于研发具有其特色的产品，在世界各地生产电子产品，电子零 500件，整机产品，并广销世界各地，现位列世界强前列。三洋电机的太阳能业务从非 200晶硅开始起步，目前主打产品是使用等离子体化学气相生产法，在切割µm 左右大 小的结晶类单晶硅上层叠非晶硅薄膜的太阳能电池。 （二）我国太阳能电池企业生产量及产 能统计 2004 年以来，全球太阳能电池市场供不应求，在国际大环境的影响下，全球市场 需求增长，尤其是欧洲市场的爆发性增长，这给中国太阳能光伏行业带来了巨大的成长 - 30 - 空间，我国太阳能电池产业大规模迅速发展，许多企业纷纷新建、扩建太阳能电池生产 线，产业规模及技术水平都有很大提高。 目前我国太阳能电池的产量及企业产能情况如下。 单位:M W 400 369 300 200 112 100 53.45 37 0 2003 2005 2006 2004 图 7.4 中国（大陆）太阳能电池太阳能 2003~2006 年产量对比图 表 7.2 国内晶体硅太阳能电池企业 2006 年产能统计能 /MW单位：p年 2006 年产能 公司名称 2006 年产能 公司名称 无锡尚德太阳能电力有限公司 300 25 江苏天保光伏能源有限公司 上海交大泰阳绿色能源有限 25 宁波太阳能电源有限公司 100 公司 浙江向日葵光能科技有限公司 25 中轻太阳电池有限责任公司 100 浙江环球太阳能科技发展有限公司 苏州阿特斯 80 25 中电电气（南京）光伏有限公司 200 25 江阴浚鑫科技有限公司 杉杉尤利卡太阳能科技发展 20 常州天合光能有限公司 50 有限公司 20 天威英利新能源有限公司 60 北京世华创新科技有限公司 浙江公元太阳能科技有限公 20 云南天达光伏科技有限公司 50 司 - 31 - 厦门润方太阳能科技有限公司 江苏中盛光电有限公司 50 15 江苏林洋新能源有限公司 北京桑普阳光 100 5 广东铨欣照明有限公司（草 20 晶澳太阳能有限公司 75 坪灯用电池） 云南卓业能源科技有限公司 10 深圳市拓日电子科技有限公司 38 柏玛微电子（常州）有限公司 海南天聚太阳能 50 10 上海超日太阳能科技公司 深圳珈伟实业 40 10 北京中联 无锡尚品太阳能电力科技有限公司 30 1 上海太阳能科技有限公司 50 小计 小计 1373 256 1629 合计 2005 年我国太阳能电池产量比 2004 年增长 107.41%，2005 年太阳能电池产能比 2004 年增长 302.53%，发展速度是惊人的。2006 年我国太阳能电池光伏产业发展更加 迅速，扩建及新增太阳能电池生产线还将纷纷投产，到 2006 年底国内太阳能电池产量 369.5MW，而产能达到 1600 兆瓦，太阳能电池产量的增长必然带来对原材料的大量增 长需求，因此行业内企业原材料短缺情况会更加严重，产能利用率下降，制约了整个行 业的发展。 （二）国内太阳能电池主要生产企业情况 尚德太阳能电力有限公司主要从事晶体硅太阳电池、组件以及光伏发电系统的研 1究，制造和销售。2001 年月，施正荣博士带着他在澳大利亚积累的光伏领域的丰富 9知识和经验回到祖国，以世界一流的速度和水准创建了尚德公司。2002 年月，尚德 第一条电池生产线在无锡新区投产，10MW 的电池产能相当于此前中国太阳电池产量四 12120年的总和，并在三年不到的时间内，将产能增加了倍，达到目前兆瓦太阳电池 9的制造能力。2005 年月，尚德公司总投资两个多亿、占地面积六万八千平方米的晶 120体硅太阳电池生产基地一期工程兆瓦生产线正式投入运行。通过不断的技术创新， - 32 - 尚德太阳电池产品的性能和质量持续提高，"Suntech"成为国际光伏行业的知名品牌。尚 德公司于 2004 年被 PHOTON International 评为全球前十位太阳电池制造商，并在 2005 年进入排行榜世界前六位。尚德公司的超常规发展改变了人们对光伏技术和产品的消极 态度，培育和带动了一大批光伏产业链企业，给投资者投资光伏产业以很强的信心。尚 德公司的产品技术和质量水平已经达到甚至超过了国际光伏行业的先进水平，是中国首 TVIECCEUL家获得ü，，和等国际质量认证证书的光伏企业，产品在世界各地深受青 睐，其中在欧美、中东、非洲和东南亚地区市场占有重要份额，中国市场已经广泛应用 到通信、广电、交通、海事、照明、军事等领域。公司计划在 2006 年~2010 年五年内 50将总计新增投资亿元用于扩大生产，至 2010 年太阳能电池产能将达到 1000 兆瓦。 天威英利新能源有限公司位于河北省保定市国家高新技术产业开发区，生产面积 10800 平方米，是中国目前规模较大的集太阳能硅片、电池片、电池组件及应用系统等 相关产品开发、生产、销售、工程承建及售后服务于一体的专业化公司。公司专业于太 阳能光伏事业，具有完整的从铸造多晶硅锭到太阳能电池组件的产业链。公司自 1999 年承担了国家高技术产业化示范工程——多晶硅太阳能电池及应用系统生产项目以来， 发展迅速，现已拥有硅片 70MW、电池 60MW 、组件 100MW 的生产能力，并取得了 ULCETUV11IEC 、、、等系列国际认证；已具备规模生产实力。 2004 年月天威英 16利公司开始进行二期扩产改造项目，将生产能力提高倍，硅片车间是整个二期扩建 2010项目的重点，二期工程扩建的台铸锭炉和多线切割设备已成功运转，天威英利已 17经开始着眼于三期建设的准备工作。三期工程计划投资亿元，到 2008 年将硅片、电 500池片和组件分别建成具备年产兆瓦的生能力。公司将成为中国最大的太阳能光伏产 业基地，跨入全球光伏行业前列。 宁波太阳能电源有限公司宁波太阳能电源有限公司是中国最大的光伏生产企业之 99一，年和奉化波导在上海证券所上市，股票名称波导股份，2003 年公司加盟中国普 天集团。公司有二十多年生产太阳能电源经验，是浙江省高新技术企业。公司有二条从 21美国、日本引进世纪最新太阳能电池生产线和太阳能电池封装线，用于生产大规 格、高效太阳能组件，，还可提供边远地区太阳能光伏电站；贫困无电山区、农牧区太 - 33 - 阳能户用电源系统等；无电地区乡村学校、卫生院、部队哨所的供电系统；城市屋顶太 阳能发电电并网系统；太阳能路灯系统；庭院灯；石油管线阴极保护电源系统； 通信 用电源及控制系统；铁路、公路信号电源系统；航标灯和灯塔电源系统； 气象及地震 /台站电源系统；太阳能控制器、逆变器、逆变控制一体化机等。公司于 2005 年上半年 2050太阳能电池的生产能力扩至兆瓦，并又新建生产线，于 2005 年年底形成兆瓦太 4阳能电池及组件的产能。2005 年实现销售收入亿元人民币。 南京中电电气光伏科技有限公司是由中电电气集团与澳大利亚博士团队以及国际 最先进的太阳能技术，集太阳能电池的研发、制造、销售和技术服务为一体的国家重点 扶持的新型高新技术企业，太阳能生产基地正在南京江宁开发区建设。公司一期注册资 本 1080 万美元，一期投资总额 3000 万美元，第一条生产线 2005 年 6 月投入运行，第 二、三条生产线建设，三条生产线全部投产将形成 100 兆瓦太阳能电池的生产规模。计 划到 2008 年总设计能力 600 兆瓦的太阳能电池，销售额 150 亿元。公司首条年产 33 兆 瓦的太阳能电池生产线于 2005 年 8 月正式投入生产，2005 年实现销售收入 1.5 亿元。 上海电气上海交大泰阳绿色能源有限公司是一家集上海电气集团雄厚的资金、管 理优势、上海交通大学技术研发、人才优势为一体，主要从事光伏组件和光伏发电系统 研发、生产、销售、服务的高新技术企业。是上海电气集团、上海交大新能源产业化的 平台和对外窗口。公司注册资本 1.63 亿元，由上海电气集团控股。公司业务以太阳能 电池与组件的研发、生产和销售为主，产品主要包括光伏和系列规格的光伏组件，已获 ISO9001 和 ISO14000 国际质量与环境体系的认证，并成功拓展了国际国内市场，建立 了多样化的销售渠道。公司产品行销欧美、东南亚等地区，国内市场已经广泛应用到通 信、广电、交通、石油、照明和军事等行业。公司积极参与世行项目、国家光明工程、 村村通工程和绿色奥运工程等项目，并获得广泛的好评。公司已形成技术开发、市场营 销、现代化管理、并具有很强凝聚力和战斗力的高科技人才队伍。公司以光电转换效率 高、规模大、生产设备基本实现国产化为发展目标，力争在未来五年成为国内、国际重 要的光伏电池制造商。公司从 2003 年开始太阳能电池片生产，目前已拥有 20 兆瓦太阳 能电池的生产能力， 2006 年形成 50 兆瓦太阳能电池及组件的产能。 - 34 - 江苏林洋新能源有限公司有 是一家集研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企 业，主要从事晶体硅太阳电池，组件的研究、制造、销售和售后服务。公司借助母公司 江苏林洋电子有限公司雄厚的经济实力，优秀的现代管理理念及丰富的产品生产经验， 将国际先进技术广泛融入设计，生产，管理等领域，在新能源事业的征程上创造了卓越 的经营业绩。公司全套引进国外最先进的太阳能电池生产流水线和检测设备，目前已具 备年产太阳能电池及组件 25Mwp 的生产能力，成功地推出各种规格的太阳能电池及组件 精品，开发的太阳能产品已批量进入国际市场。太阳能电池组件生产线在 2004 年 11 月 投产，电池片生产线已于 2005 年 11 月正式投产。公司一贯注重产品质量，全程引入 ISO9000，ISO14000 国际质量环境管理体系，各项综合指标已经达到国际水准。 云南天达光伏科技股份有限公司是中国最早、最大的进行太阳电池制造、设计、 30销售和安装的专业公司之一，1978 年开始研制生产单晶硅太阳电池，在近年的时间 里，在中国累计安装数万高质量的太阳电池发电站（系统），遍及中国大陆，广泛用于 民用、商业和工业领域，为中国的太阳能利用的推广和环境改善做出了积极的贡献。云 3MW南天达光伏科技股份有限公司在 2005 年已完成对原来的太阳电池生产线技术改 造，改造后的生产能力 10MW。在云南省人民政府的支持下，云南天达光伏科技股份有 限公司在昆明国家级经济技术开发区开工建设新生产基地，占地 96 亩，建筑面积 18000 平方米。采用国际最先进的生产技术和设备，生产高转换效率的晶体硅太阳电 池。新生产基地正在建设 20MW 太阳电池生产线，将在 2006 年 2 季度投产，总产能达到 30MW，还将新建设一条新 30MW 太阳电池生产线，2007 年末将达到 60MW。 上海太阳能科技有限公司(SEC)是由上海航天汽车机电股份有限公司(SAAE)与上海 空间电源研究所合资成立的股份公司，于 2000 年元月正式注册成立，坐落于上海市莘 庄技术开发区，主要从事地面用太阳电池及光伏发电系统相关产品的研制、开发和生 产。公司拥有一流的专业技术人才和先进的生产和测试设备，采用部分航天技术生产具 有当代国际先进水平的晶体硅太阳电池及组件，产品具有高效率、大功率、高可靠及无 污染等优点。已形成 50 兆瓦太阳能电池组件的生产能力，同时又从国外引进了一条 30 兆瓦先进的太阳电池片生产线，2006 年 2 月正在调试运行。 - 35 - 无锡尚品太阳能电力科技有限公司位于中国江苏无锡市，是由英资投资的一家集 研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业，具有充足的资金保障，并得到当地政府 的大力支持。公司第一期投资约 2000 万美元，全部建成后，厂区占地面积约 200 亩。 公司自开始就立足于高起点、高科技、高速度，产品主要有单晶硅片、太阳能电池、太 阳能组件。首期生产能力预计于 2005 年底太阳能组件生产量达到 20MW， 2006 年 6 月 单晶硅片生产量达到 30MW，2006 年底电池片生产量达到 30MW，2006 年底太阳能组件 生产量 30MW。 宁波杉杉尤利卡太阳能科技发展有限公司是由上海尤利卡太阳能科技发展有限公 司与杉杉集团共同投资组件的一家专业从事太阳能电池的生产和销售的公司，公司成立 于 2005 年，投资建设 15MW 太阳能电池生产线，于 2006 年 3 月竣工投产。公司汇集了 一批航天电源和太阳能的专家和学者，并拥有一批优秀的中青年的管理和技术人员。掌 握了半导体工业用废弃硅片的再利用技术，对半导体行业的各种硅片进行分析，筛选， 并经过独特的处理工艺和特殊的扩散，烧结工艺，制作出优质的太阳能电池片。 八、中国太阳能电池用硅材料行业状况 结晶硅太阳能电池的直接原料是由多晶硅材料，经过单晶生长而成硅单晶棒或多晶 铸锭而成太阳能级多晶硅棒，切方滚磨、多线切割机切片和化学腐蚀抛光等过程，加工 成不同规格的太阳能电池生产用单晶硅片或多晶硅片。 （一） 国内太阳能用多晶硅原料的行业现状 太阳能电池用多晶硅材料一般纯度要求 6 个“9”以上，原来太阳电池的硅原料来 自于半导体电子工业，多晶硅厂过去供给太阳能级的多晶多是等外品（约占生产总量的 10％左右），以及单晶硅的头尾料和埚底料。世界先进的多晶硅生产技术一直由美、 日、德三国的七家公司垄断着，各公司都有各自的技术秘密和技术特点，经过不断的研 究、开发，发展了不同的生产工艺。 - 36 - 我国多晶硅工业起步于五十年代，六十年代中期实现产业化，七十年代初曾盲目 20发展，生产厂多达余家，但由于生产规模小，工艺技术落后，环境污染严重，消耗 大，成本高，绝大部分企业亏损而相继停产或转产，到 1996 年仅剩下四家，即洛阳单 晶硅厂、天原化工厂、棱光实业公司和峨眉半导体材料厂，合计当年产量为 102.2 吨。 后来棱光实业和重庆天原相继停产。国内多晶硅的老厂只剩下洛阳单晶硅厂和峨眉半导 11300体材料厂。2005 年月洛阳中硅高科技公司吨多晶硅生产线已正式投产，正在扩 700186建吨生产线即将投产，2006 年洛阳中硅公司共生产多晶硅吨；同时峨嵋半导 200体材料厂正扩产吨多晶硅生产线；四川川投新光硅业科技有限公司项目总投资 12.9 亿元的年产 1260 吨多晶硅生产线已于 2007 年一季度建成试投产。 表 8.1 2002 年～200 6 年中国硅材料企业多晶硅产能与产量 单位：吨 公司名称 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年 产能 产量 产能 产能 产能 产量 产能 产量 产量 洛阳单晶硅厂 28.3 25.8 28.3 28.3 28.3 技改 峨嵋半导体厂 100 50 100 60 100 57.5 100 80 101 洛 阳 中 硅 高 科 300 186 技公司 128.3 75.8 128.3 88.3 128.3 57.5 400 80 287 总计 因此目前我国多晶硅材料规模化生产能力还很小，远远不能满足市场的需求， 98%以上由国外高价进口，致使我国半导体硅单晶材料工业陷入了受制于国外的被动局 面。所以，多晶硅短缺问题已经成为我国半导体和太阳能电池行业的瓶颈问题，急需解 /决，一般认为一个现代多晶硅生产厂的起始规模应在 1000 吨年生产能力以上，我国要 2-3建个多晶硅厂才比较合理。 - 37 - （二） 国内太阳能用单晶硅材料的行业现状 随着市场需求的不断增长，国内太阳能电池硅单晶生产企业不断增多，目前规模最 /36大的是河北宁晋单晶硅基地，2006 年产量已达 1170 吨年，销售额达到亿元。其他 //有锦州新日硅华日硅华昌电子材料公司、江苏顺大半导体有限公司、常州亿晶电子科 技有限公司、常州天合光能有限公司等公司太阳能电池用单晶硅的产量也很大。2006 85%年我国太阳能用硅单晶产量已达 3188 吨，已占到全国硅单晶生产量的。 表 8.2 2001~2006 年国内太阳能用硅单晶生产状况 2001 2002 2003 2004 2005 2006 年 份 561.9 769.1 1191.4 1750.8 2564.5 3739.8 硅单晶总产量 (吨) 3188.3 286.7 403 730.55 1154.24 1887 太阳能级硅单晶产量 (吨) 68.96 40.6 81.28 57.96 63.52 太阳能用硅单晶产量年增长率 (%) 38.2 46.1 太阳能用硅单晶产量平均增长率 (%) 3739.8 4000 3188.3 3500 2564.5 3000 2500 1887 1750.8 2000 1500 1191.4 1154.24 1000 769.1 730.55 500 561.9 403 286.7 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 硅单晶总产量 太阳能级硅单晶产量 图 8.1 国内硅单晶总产量及太阳能用硅单晶产量 - 38 - 国内太阳能用单晶硅产量由 2000 年的 207.4 吨上升到 2006 年的 3188 吨，六年内 15(b)增长了倍，增长率变化见图 8.2(a)、。 太阳能电池产量增长率 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00% 2001 2002 2003 2004 2005 2006 图 8.2 （a）国内太阳能用硅单晶生产增长速率（%） 太阳能用硅单晶占总量百分比变化图 100 % 80% 60% 40% 20% 0% 2001 2002 2003 2004 2005 2006 %图 8.2(b) 国内太阳能用硅单晶与硅单晶总量的比（） 以下介绍国内太阳能用单晶硅主要生产企业情况如下： ,200,河北晶龙集团位于河北宁晋县占地亩包括中日合资宁晋松宫半导体有限公 268司、赛美港龙电子材料有限公司、晶兴电子有限公司等。目前，拥有单晶炉台，是 世界上规模最大的太阳能单晶硅生产基地。1996 年，宁晋县电力局与河北工业大学以 技术转让和产学研相结合的形式创办宁晋晶隆半导体厂，成为当地一个新的经济增长 点。河北晶龙集团是宁晋县电力局与河北工业大学联合创建的产、学、研基地。主要研 IC制生产光电子材料——大直径、低氧碳、高寿命太阳能单晶硅和微电子材料级单晶 --硅，是发展绿色能源、太阳能发电造福人类的洁净能源项目。1997 年，与世界上最大 - 39 - 的太阳能硅片供应商——日本松宫半导体技术株式会社实现了合资经营，成立中日合资 宁晋松宫半导体有限公司，在此基础上，宁晋县电力局又继续寻求并扩大合作，与香港 合资成立了赛美港龙电子材料有限公司和宁晋昌隆石英制品有限公司， 2003 年对晶隆 半导体厂、赛美港龙公司、昌隆公司等多家企业实施了全股份制改造，创立了河北晶龙 实业集团有限公司。2004 年，河北晶龙集团与香港其昌公司共同投资成立河北晶兴电 子有限公司，形成了以太阳能单晶硅为主导产品的生产系列，具备科研、生产、维修、 贸易、服务等多功能、一体化的产业链，一跃成为河北省半导体材料基地之一。2006 36年晶龙集团的总销售收入多亿元，出口额 8000 万美元，生产大直径低氧碳太阳能级 单晶硅 1169 吨，是世界上最大的太阳能级单晶硅生产基地和国内最大的硅片加工中 18822心。宁晋单晶硅材料生产基地目前拥有单晶炉台，进口多线切割机台。为延长 产业链，增强企业的市场竞争力，晶龙集团抓住当前太阳能光伏市场迅速发展的机遇， 52005 年月开始与澳大利亚光电科学工程公司洽谈并达成合资建设 180MW 高效太阳能 400150电池生产线项目的协议。该项目需占用土地亩，其中一期建设占地亩，新增 /90 台多线切割机及其配套设备，形成 8100 万片年 125mm125mm 硅单晶片的生产能 × 4力；建设条太阳能电池生产线及相应配套设施，形成年产 180MW 太阳能电池的生产 5能力。一期 25MW 太阳能电池生产线已在建设，2006 年月正式投产。 锦州新日硅材料有限公司和锦州华昌硅材料有限公司是锦州新华投资管理有限公司 9于 2000 年月和 2002 年初与日本金属再生公司和香港佑昌灯光器材有限公司分别合资 兴建的企业，是目前国内生产硅单晶的主要生产厂家，占地面积 2500 平方米。锦州华 3日硅材料有限公司，成立于 2004 年月，注册资本 18000 万日元，为中日合资股份制 25%2企业。其中中方占股 75%,日方占股。装有国产 TDR-80A 单晶炉台，进口德国来 10802080宝炉台，年产硅单晶锭吨。又投资锦州佑华新能源有限公司台型单晶炉生 366.5产线。公司产品英寸、英寸和英寸单晶硅的稳定地逐步扩大生产外，正在开发 ８英寸硅胶单晶的生产项目、硅胶单晶片以及太阳能电磁项目，我们真诚地希望与行业 7伙伴在一起友好合作，为人类提供源源不断面的绿色能源。2006 年总共形成销售收入 570亿元，生产太阳能电池单晶吨。 - 40 - 江苏顺大半导体有限公司位于风景秀丽，交通便利的扬州北郊，高邮市天山镇。 400总建设设计规模为年产单晶棒吨，形成销售 25000 万元以上。公司占地面积 38000 68米实，一期工程已顺利投入批量生产。生产直径英寸、英寸的单晶棒 ，并且在国 内率先达到了大直径硅棒批量生产的能力。并又投资 5000 万元进行太阳能电池硅片线 12537切割，2005 年月底已有部分设备投产。2006 年生产太阳能单晶硅吨，实现销售 收入 16.7 亿元。 5常州亿晶光电科技有限公司创建于 2003 年月，是专业从事太阳能光伏发电的技 术开发、产品制造和销售的省级高新技术企业。该公司通过引进德国、美国、日本等国 的先进设备和生产线，精心打造出了单晶硅棒拉制?单晶硅片切割?太阳能电池制造? 太阳能电池组件封装的迄今为止国内最为完整的光伏发电产业链。公司坐落于江苏省金 185坛市尧塘工业园，占地面积亩，建筑面积 50000 多平方米，视野开阔，环境优美； 同时，紧邻沪宁高速和沿江告诉两条高速公路，东邻常州机场，西邻南京禄口机场，交 700通非常便利。目前公司已具备了吨单晶硅棒、3000 万片单晶硅片、150MW 太阳能 500电池、150MW 太阳能电池组件的生产能力。2006 年公司生产太阳能单晶硅吨，实 6.5现销售额亿元。 常州天合光能有限公司自 1998 年建厂以来，天合光能有限公司发展飞速，现有总 35001530资产亿多元，员工多人，教授级专家位，专利与自主知识产权多项。公司 现有 30MW 的拉晶、切片、组件、系统等全套产业链技术产品的研发、生产和销售能 力，多次完成国家级科研任务、系统工程，并且参与制定了中国第一部可再生能源法以 及 中 国 太 阳 能 行 业 标准。 根据市 场 需 求 和 发 展 规 划 ，将在“十 一 五” 期间扩展 到 100MW（其中硅片和系统部分扩展到 300MW）的生产能力。目前公司拥有太阳能单晶 2413炉台，太阳能电池组件的生产能力 30MW。2006 年产值达亿元，其中太阳能单 30晶硅生产吨。 - 41 - （三）国内太阳能电池用单 晶硅片、铸造多晶硅片生产现状 太阳能单晶硅电池、多晶硅电池所用的直接原料为不同规格尺寸的太阳能电池硅 片，硅片是经过线切割机对单晶硅或多晶硅棒进行切割而成。由于国内太阳能电池的生 产线及企业不断增多，对太阳能电池硅片的需求增长，为给太阳能电池企业配套切片， 国内投资线切割机的企业不断增多或增加设备数量，硅切片能力增长速度非常快。估计 到 2006 年底国内太阳能级硅片的线切割能力已超过 600MW，如宁晋晶龙、镇江环太硅 科技有限公司、江阴市海润科技有限公司、高佳太阳能（无锡）有限公司、常州亿晶光 1.9电科技有限公司等都进口了多台线切片机，2006 年国内太阳能电池硅片的总生产量 400亿片，约兆瓦。 太阳能电池用铸造多晶硅片，一般采用低等级的半导体多晶硅或者专门为太阳能电 池使用而生产的铸造多晶硅等材料。铸造多晶硅片相对于单晶硅片有材料冗余度、运行 成本低、能耗低的优势，但太阳能电池单晶由于单晶炉初始投入小，因此国内太阳能电 池单晶多于铸造多晶的生产企业。但随着光伏产业市场需求的增长，国内铸造多晶硅生 产企业有 2000 年开始投产的宁波晶元太阳能有限公司，保定英利新能源有限公司，另 LDK外江西赛维太阳能高科技有限公司引进国际先进生产技术及设备，一期投资 7250 75万美元 2006 年形成兆瓦太阳能电池用铸造多晶硅片的生产能力，还有精功绍兴太阳 能技术有限公司引进美国 GT Solar 公司的设备和技术，新建多晶硅片生产线，第一期计 划为 10MW 也于 2006 年正式投产。 - 42 - 表 8.3 2005~2006 年底国内太阳能电池硅切片企业生产状况一览表 2005 年硅片产量 2006 年硅片产量（万 生产企业 （万片） 片） 单晶硅片 河北宁晋单晶硅基地 1500 2740 江苏顺大半导体发展有限公司 2400 浙江昱辉阳光能源有限公司 2000 镇江环太科技有限公司 2000 850 750 1800 江阴市海润科技有限公司 400 1600 常州亿晶光电科技有限公司 锦州新日硅材料有限公司 683 新疆新能源股份有限公司 541 合计 13764 铸造多晶硅片 LDK3000 塞维太阳能科技有限公司 保定英利新能源有限公司 2300 400 100 宁波晶元太阳能有限公司 225 合计 5525 总计 19289 国内太阳能电池硅切片及铸造多晶生产企业情况介绍如下： 镇江环太硅科技有限公司是 2004 年元月新办的中外合资企业，主要生产太阳能级 600单晶、多晶硅片及半导体级单晶硅片，年产各类硅片万片。公司有多台进口具有世 103150界先进水平的多线切割机，可以切割—等多种规格硅片，切片厚薄均匀、光洁 32516度高、质量好。2006 年并计划投资台太阳能电池单晶炉，2006 年月将有台单 3晶炉投入运行。2005 年实现销售收入约亿元人民币。 江阴市海润科技有限公司主要从事晶体硅片的研究、制造、销售和服务。公司注册 8008资金万美金，拥有当今世界最先进、产能最高的瑞士大型高精线切割机台，并聘 - 43 - 6"8"300请了国内最早从事硅材料生产的国家级研究所著名专家。公司可月产和硅晶片 12100万片，台单晶炉也已正式投产运营，设计明年将会增至台。2005 年公司实现销 2售收入约亿元人民币。技术和产品水平已达到国内硅材料加工行业先进水平，产品作 为光伏电池的原料，被广泛应用于太阳能领域。公司承揽各种来料加工业务，包括多晶 硅到硅片，单晶硅棒到硅片等加工业务。 7高佳太阳能（无锡）有限公司成立于 2005 年月，是由香港高佳企业有限公司独 4-8资兴办的企业。企业位于无锡国家高新技术产业开发区，主要从事英寸太阳能电池 片加工及生产。该企业总投资额为 9828 万港元，设计年加工能力为 2400 万片太阳能电 池片。公司一期工程购买两台瑞士梅耶博格公司太阳能专用线锯-DC262 线切机，从事 910太阳能电池切片加工，已于 2005 年月、月调试运行，正式投产。二期工程 2006 4年再购入台线锯。 宁波晶元太阳能有限公司位于中国东海之滨的宁波保税区，其前身为浙江中意太阳 能有限公司。现由宁波东元创业投资有限公司和中国光电技术发展中心共同组建，注册 资金 2000 万元。宁波晶元太阳能有限公司与意大利 ENI TECHNOLOGIE 公司及浙江 大学国家硅材料重点实验室等科研院所已建立并保持长期的技术合作关系。公司目前主 要生产 125*125 和 103*103 两种规格的太阳能电池用多晶硅片。公司也可根据客户需要 提供其他规格硅片并提供切片服务。同时公司正准备发展下游产品生产线，生产多晶硅 太阳电池和组件。 LDK江西赛维太阳能高科技有限公司由香港流星实业有限公司和苏州柳新实业有 限公司共同出资设立的合资企业，工厂地址在江西省新余市高新技术开发区，是集太阳 能多晶硅铸锭，多晶硅芯片研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业。公司注册资 金 2900 万美元，一期总投资 7250 万美元。全套引进国际领先的光伏技术、生产及检测 3758设备。2006 年月份将形成兆瓦生产能力，预计产值达亿。2007 年底形成产能 3640060200 兆瓦，预计产值达亿，2008 年形成产能兆瓦，预计产值亿，2009 年形 700100150成产能兆瓦，预计产值亿，2010 年将形成 1000 兆瓦以上，预计产值亿以 上。 - 44 - -精功绍兴太阳能技术有限公司 由精功集团和德国布莱斯戴姆勒集团共同投资组 建。公司引进美国 GT Solar 公司的设备和技术，新建多晶硅片生产线，第一期计划为 1210MW，二期将达到 20MW 的生产规模。一期多晶硅片项目于 2005 年月投入试生 产。 目前我国 2006 年全国太阳能电池产量 370MW，产能 1600MW。但是目前我国太 阳能电池生产企业所用的硅原料以让大量依赖进口，主要来源是国际上几个大硅材料生 产企业的半导体硅碎片，半导体单晶硅的头、尾料等，目前国际市场太阳能电池用硅原 料供应存在严重紧缺，且价格不断上涨。原材料供应不足已成为影响太阳能电池生产企 业扩大生产规模的瓶颈问题，制约了太阳能电池产业的发展。 九、太阳能电池硅材料市场状况及需求分析 21电池行业是世纪的朝阳行业，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。 40射在地球上的太阳能非常巨大，大约分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全 球人类一年的能量消费。可以说，太阳能是真正取之不尽，用之不竭的能源。而且太阳 能发电绝对干净，不产生公害。所以，太阳能发电被誉为最理想的能源。 太阳能的应用领域十分广泛，随着科技发展，还将应用于更多的领域，市场前景十 分看好。越来越多的企业在投资建厂，正是看准了太阳能市场的巨大潜力。 （一）世界太阳能电池硅材料市场状况及需求分析 1、世界太阳能电池用硅原材料总消耗量 16%101990 年以来，太阳能电池的平均年增长率高达，目前每年的贸易额超过亿 美元。硅材料在光伏领域的增长率已高于它在集成电路领域的增长。2005 年全球主要 太阳能电池生产企业的电池片产能状况见下表： - 45 - 表 9.1 2005 年全球主要太阳能电池制造企业的市场及产能状况 MW单位： /公司名称 产品类型 国别地区 2005 年产能 /单多晶硅 日本 600 Sharp（夏普） 非晶硅 /Q-Cells 多单晶硅 德国 300 240 日本 Kyocera（京瓷） 多晶硅 a-Si/sc-Si* 158 日本 Sanyo（三洋） 非晶硅 135 Mitsubishi（三菱电子） 多晶硅 日本 多晶硅 113 Schott Solar 德国 EFG 带硅 非晶硅 / 单多晶硅 BP Solar 157 美国 非晶硅 /单多晶硅 中国无锡 尚德太阳能 120 /100 中国台湾 Motech（茂迪） 单多晶硅 /单多晶硅 110 Shell Solar 德国 CIS 薄膜 西班牙 单晶硅 Isofoton 90 40 Deutsche Cell 多晶硅 德国 30 Photowatt 多晶硅 法国 United Solar Ovonic 30 非晶硅 美国 Kaneka Solartech 23 非晶硅 日本 50 *SunPower 单晶硅 美国 25 Ersol Solar Energy 多晶硅 德国 /) 28 单多晶硅 E-Ton Solar(益通 中国台湾 25 First Solar CdTe 美国 GE Energy(原 Astropower) 25 美国 单晶硅 42 多晶硅 德国 Sanways - 46 - 带硅(String 美国 Evergreen Solar 15 Ribbon) ) 日本 12 非晶硅 MHI(三菱重工 20 单晶硅 中国 宁波太阳能 33 单晶硅 南京中电电气 中国 60 多晶硅 天威英利 中国 2581 合计 *SunPower 生产工厂在菲律宾 由上表我们可以得出 2005 年全球有规模太阳能电池企业的总产能为 2581MW，而 2004 年约 1176MW，增长 100%以上。在实际生产中一方面是由于轮班、开工率等 因 素 ， 另一 方 面 太 阳 能 电 池 用 硅 片 供 应 不 足 ， 2005 年 全 球 太 阳 能 电 池 产 量 约 1758MW，2006 年全球产量 2500MW。全球 1998 年到 2006 年太阳能电池产量变化情 况如下表。 表 9.2 全球 1998 年到 2006 年太阳能电池产量变化 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 年份 200 287 400 560 744 1189 1758 2500 产量（MW） 150 33.3% 43.5% 39.4% 40.0% 32.1% 59.8% 47.8% 42.2% 年增长率 ～ 从上表可以看出，世界上太阳能电池产量呈较快上升趋势，因此对生产太阳能电池 的硅材料需求量也不断增长，尤其是在多晶硅太阳能电池生产迅速增长，对多晶硅的需 求增加就更大。目前由于受上游配套硅片供应不足的限制，随着配套硅材料企业生产能 力的扩大，太阳能电池还会保持一定的发展速度，拥有市场增长空间。 - 47 - 表 9.3 2003～2006 年全球结晶硅太阳能电池产量与所用硅 材料 2006 年 年 份 2003 年 2004 年 2005 年 744 1189 1758 2500 太阳能电池产量（能） 结晶硅太阳能电池产量（兆瓦） 660 1072 1597 2200 消耗硅原料/MW 14.58 13.8 12.5 12.0 太阳能电池硅材料用（需求）量（吨） 9622.8 14794 19963 26400 根据统计和推测，我们可以得出全球结晶硅太阳能电池市场历年消耗硅材料量，如 9.1下图所示： 30000 26400 25000 19963 20000 14794 15000 9622.8 10000 7133 3454 5000 0 2001 2002 2003 2004 2005 2000 2006 图 9.1 2000-2006 年全球太阳能电池市场消耗硅材料量（单位：吨） 2、世界太阳能电池用多晶硅材料供应与市场需求分析 目前，晶体硅太阳能电池所用硅材料主要是铸造多晶硅片与单晶硅片，但原料都来 自于多晶硅材料。 - 48 - 资料来源：SEMI 2007 图 9.2 世界多晶硅供需趋势预测 2.12006 年太阳能用总硅原料消耗约万吨，且由于全球硅原料的短缺，太阳能电池 生产企业都没有满负荷运转，如按晶体硅太阳能电池企业生产能力计算对多晶硅原料的 需求，2006 年全球晶体硅太阳能电池企业的产能在 3500MW 以上，需要多晶硅原料 45000 吨，因此多晶硅市场尚存在很大缺口，全球处于供不应求的局面。 （二）我国太阳能电池硅材料市场状况及需求分析 我国太阳能电池用硅单晶在近几年有迅猛的发展，2005 年全国太阳能电池单晶硅 64%生产总量已达 1887 吨，比 2004 年 1154 吨增长；2006 年全国单晶硅总产量 3740 677吨，其中太阳能电池单晶硅产量 3188 吨，比 2005 年增长了。％。随着太阳能电池 光伏产业的需求增长，国内太阳能电池用铸造多晶硅、硅切片的产量与产能都在快速增 长与发展。但目前国内多晶硅材料的产量及生产能力都还很小，不能对应市场需求的增 长。 1、我国太阳能电池多晶硅市场状况及需求分析 2006 年我国太阳能电池总产量约 370MW，其中晶体硅太阳能电池占绝大部分。目 前国内生产太阳能电池的企业主要有无锡尚德太阳能电力有限公司、宁波太阳能电源有 - 49 - 限公司、上海电气上海交大泰阳绿色能源有限公司、保定天威英利新能源有限公司、云 南天达光伏科技股份有限公司、南京中电电气光伏科技有限公司、江苏林洋新能源有限 公司等，他们的多晶硅材料都是从国外进口的。到 2005 年底我国太阳能电池的生产能 力已达到 318MW，2006 年进一步扩大，初步估计已经达到 1600MW 的规模，供应严 重紧张。但国内千吨级大规模生产多晶硅技术还不过关，只有小规模生产，我国多晶硅 2879.32006 年总产量只有吨，根本满足不了国内的需求，市场缺口大，见下图。 4500 5000 4000 3000 2000 287 1000 0 市场用量 总产量 () 图 9.3 2006 年国内太阳能用多晶硅总产量与市场用量对比单位：吨 按每生产 1 MW 太阳能电池需要 12~14 吨多晶硅材料计算，2006 年我国多晶、单 晶太阳能电池产量约为 370MW，2006 年多晶硅消耗量约 4500 吨，而且太阳能电池企 业虽有大量国际订单，但由于原材料紧缺，产能利用率不断降低，到按 2006 年底我国 2晶体硅太阳能电池的产能已超过 1600MW，如能满负荷生产，多晶量需求量将达万吨 左右。 - 50 - 表 9.4 2000～2010 年我国太阳能电池生产与多晶硅需求量 硅 年份 2010 年 2000 年前 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年 (F) 项目 太 阳 能 电 池 产 量 4.5 53.5 70 107 350 600 （MW） 63 749 980 1400 4500 7200 多晶硅需求（吨） - - 31% 42.85% 221％ － 多晶硅增长率（%） 因此太阳能电池产业的发展大大带动了对多晶硅需求的增长，预测到 2010 年用于 1太阳能电池生产的多晶硅消耗将超过万吨。 2、我国太阳能电池单晶硅市场状况及需求分析 70%目前，我国太阳能电池总量中单晶硅太阳能电池的比例仍占以上。我国单晶硅 9.5太阳能电池 2006 年产量约 260MW 左右，根据表可以得出： 表 9.5 2004~2006 年我国太阳能用单晶硅消耗量 年份 单晶硅太阳能电池 太阳能用单晶硅量 太阳能用单晶硅片 （MW） （吨） （万片） （以 125×125mm 计算） 26.15 250 1040 2004 年 80 760 3200 2005 年 260 2400 ~10000 2006 年 据统计，2005 年我国太阳能用单晶硅生产量为 3188 吨左右，其中还有大部分硅单 晶棒出口，国内太阳能电池生产企业还是从国外进口原料，太阳能电池用硅片的供应紧 张。 - 51 - （三）太阳能用硅材料的市场供应及价格变化 太阳能电池用的硅原料是来自硅单晶的头部、尾部和埚底料。当用量进一步扩 大时，头尾料和埚底料不够用了，必须生产太阳能级的多晶硅。 由于来自太阳能光伏行业迅速发展，对硅料的需求增长超过了产能的增长，同时也 导致了硅料的价格大幅上升。在过去的两年，国际市场硅料价格不断上涨，多晶硅的价 2432格从 2003 年的每公斤美元到 2004 年的美元以及 2005 年的 65~70 美元以上，到 2006 年国内多晶硅现货价格甚至有 300 美元/公斤的价格，同时使半导体单晶硅需要用 多晶硅也受严重影响。到 2007 年初多晶硅价格有所缓和。 多晶硅材料如此紧缺完全是由市场供求矛盾造成的产业链不畅，并不是资源性紧 缺，在一定时间内必将会缓解。硅料供应跟不上飚升的需求原因在于新的硅料生产线需 1824要到个月的建设期，而且投资投资规模大。国际上如黑姆洛克半导体公司，德国 瓦克化学电子公司、日本德山曹达公司等都在扩产，全球约有 8500 吨的多晶硅正在扩 1~2建，国内企业也在上千吨级多晶硅项目，预计年后多晶硅市场供需情况就会趋向平 衡。 同时为了降低太阳能电池成本，不断改进工艺，提高晶片加工技术，从同样数量 昂贵的原料中获得更大的产量，使晶片变薄，提高原料利用率，例如：夏普公司目前晶 180200100片的厚度是µm，2004 年是µm，在不久的将来有望减薄到µm，而目前我国 普遍技术水平还是 200~250µm。 十、中国对太阳能利用的政策 （一）我国太阳能利用发展历程及出台的相关政策 101973 年月的中东战争，引发了世界性的“能源危机”。许多国家，尤其是工业 发达国家，加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上掀起了开发利 用太阳能的热潮。当年，美国政府就制定了阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增 - 52 - 长；并成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。1974 年，日本政府也很快制 定了“阳光计划”，对本国的太阳能研究利用给予大力支持。 世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大的影响。1975 年在河南 安阳召开了“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，推动了我国太阳能带来的发 展。太阳能研究和推广工作随后纳入了我国的政府计划，获得了专项的经费和物资支 持。 1992 年联合国在巴西召开了“世界环境与发展大会”，通过了《里约热内卢环境 与发展宣言》等一系列重要文件。世界各国都加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳 能与环境保护结合在一起。世界环保大会以后，我国政府对环境与发展十分重视，提出 10 年对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、 21生物质能等清洁能源”，制定了《中国世纪议程》，进一步明确了太阳能重点发展 目标。1995 年，国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展 纲要》（1996~2010），明确提出了我国在 1996~2010 年新能源和可再生能源的发展目 标任务以及相应的对策和措施。 91996 年月，津巴布韦召开的“世界太阳能高峰会议”提出了在全球无电地区推 行“光电工程”的倡议时，我国政府立即作出积极响应，制定实施“中国光明工程“的 计划。同年由国家计委牵头制定了“中国光明工程”计划：计划到 2010 年，利用风力 发电和光伏发电技术解决 2300 万边远地区人口的用电问题，使他们达到人均拥有发电 1/3容量 100W 的水平，相当于届时全国人均拥有发电容量的水平。同时还将解决地处 边远地区的边防哨所、微波通讯站、公路道班、输油管线维护站、铁路信号站的基本供 电问题。 3332005 年月，中华人民共和国主席令号正式颁布了《中华人民共和国可再生能 11源法》，并于 2006 年月日正式开始实施执行。该政策规定了一系列国家鼓励发展 可再生能源发电的措施，如：价格费用分摊、专项资金、财政贴息的优惠贷款、税收优 惠等。同时，该法明确指出所称的可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质能等 - 53 - 非化石能。该政策的出台将很大程度上刺激太阳能光伏发电领域，会使太阳能光伏发电 量上升到一个新的水平。 （二）我国太阳能发电的成果及现状 近年来，太阳能光伏电池的应用在我国西部地区逐渐扩大。国家电力公司在西藏无 1071.2水利资源的地区先后建设了座光伏电站，解决了个无电县的工业和生活用电， 万余人从中受惠。而过去这些县大多用柴油机发电，各县财政每年要花数十万元购买柴 油。另外，西藏还建立了众多的太阳能道班、学校、边防哨所、气象站和广播电视微波 6中继站。青海及周边地区的万余无电散居户，利用便携式小功率光伏系统解决了家庭 10生活用电问题。青海省还在电网无法延伸也无水利资源的地区建成了个太阳能光伏 电站，深受当地干部群众的欢迎。新疆则在亚欧光缆、南北疆光缆等工程必经之地的无 1007电地区，安装了多座无人值站的光伏电源。在西藏地区已有个县靠太阳能解决了 用电困难。 相比于蓬勃发展的世界光伏工业，中国光伏工业还处于起步阶段。国际上方兴未艾 的光伏集成建筑和非硅系列多晶薄膜电池领域在我国还几乎是空白，只是最近天津津能 建成年产 5 兆瓦柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池示范生产线，才填补了这项空白。在国家 实施西部大开发战略和国内绿色环保工业开始升温的背景下，近两年中国光伏工业保持 了较快的增长速度，已经进入光伏工业世界十强。 （三）我国的太阳能资源及市场前景 我国拥有丰富的太阳能资源。据统计，每年中国陆地接收的太阳辐射总量，相当于 2/324000 亿吨标煤，全国总面积地区年日照时间都超过 2000h，特别是西北一些地区 超过 3000h。另一方面，随着当前世界光电技术及其应用材料的飞速发展，光电材料成 本成倍下降，光电转换率不断提高，这将带来太阳能发电成本的大幅度下降。世界光伏 界一般认为，到 2010 年太阳能光伏电池成本将降低到可以与常规能源竞争的程度。这 为中国大力开发太阳能资源提供了可能。 - 54 - 1（）中国的太阳能发展将以边远、欠发达地区为先导 16828目前，我国尚有 7656 万无电人口，个无电县，个无电乡和 29783 个无电 村。由于这些县城、村镇及散居牧户地处边远，远离电网，用电负荷小而且分散，近 2/320 年之内不可能通过延伸电网实现供电。我国太阳能资源丰富，以上地区的年日照 2 大于 2000h，年均辐射量约为 5900MJ/m 。青藏高原、内蒙古、宁夏、甘肃北部、陕 西、河北西北部、新疆南部、东北以及陕甘宁部分地区的光照尤为突出。而我国大多数 无电人口恰好主要分布在这些地区。而且，这些地区的风力资源也相当丰富，发展风电 也比较适宜。 从经济性上来讲，对于边远地区的村落（或其它集体），年光照大于 2500h，在年 平均风速大于 5m/s 的地区，当电网距离为 25km 以上时，常规电网供电成本大于光伏 发电和风力发电的成本。在年光照大于 2500h 的地区，月用电量大于 2100kWh，光 ? 伏发电系统的经济性就优于柴油发电机组。而对于分散的用户来说，在边远地区常规电 网和内燃机发电成本是无法与风力发电、光伏发电户用系统竞争的。在风、光资源良好 的地区，用户可以按照自己的需求选择不同的配置，其用电成本为 2~6.5 元/ kW h。 ? 通过技术经济分析，结论是显而易见的，在目前条件下采用风力发电和光伏发电技术 （或风光互补）解决边远地区分散供电是可行的，符合可持续发展的政策，比延伸电网 或柴油发电有明显的优势。 目前，国家计委（现发改委）和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的 支持，国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏 发电产业进行调查的单位之一，他们于 1998 年在国内首家引进了 76 kW 国际上先进的 屋面 太 阳 能 发 电 系 统 ，至今一直 运行稳定 、 效 果良好。这套系 统日均发 电 量 12 为 1kW h 以上，可满足个小康之家用电要求。河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿 ? （Piikington）太阳能国际有了公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能 2 11100m电池玻璃封装设备和配套材料。其基地于 1999 年月已在我国率先安装了多 的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用，其运行使用效果良好，已成国内一大 景观及太阳能光伏发电工程的典范。 - 55 - 另外，2008 年奥运会，北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新 奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，计划奥运会场馆周围 80%~90% 90%的路灯将利用太阳能光伏发电技术；采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会 的洗浴热水。届时在整个奥运会期间，我们将看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手 机、太阳能无冲洗卫生间等一系列太阳能技术的应用。 可以相信，通过北京 2008 年的这次“绿色奥运”，我国的太阳能发电产业能够得 到一次长足的发展；而且，通过在首都举办的这次世界盛会，太阳能发电技术将成为我 国发达地区提倡环保、建设环保，大举采用太阳能电力作为替代能源的良好开端。 2（）国际组织、国外政府对我国太阳能发展的有关支持项目 我国对太阳能产业发展付出了不竭的努力。在技术开发上，除对相关产业出台了一 863系列有利其商业化的优惠、扶持政策外，还在“高科技攻关计划”中专门设立了 “太阳能薄膜电池”技术研究项目，中科院在其西部行动计划中，也计划在两年内投入 2.5 亿元开展一系列基础性、战略性、前瞻性的课题研究，包括建立若干太阳能发电、 太阳能空调、太阳能供热、风光互补电站、地热利用等示范工程，并适时开展区域性推 广工作。而“光明工程”更是专门的太阳能发展扶贫工程计划。 与此同时，我国也积极利用国际组织和国外政府的对华援助项目，积极从事太阳能 利用事业。从 1994 年起，国家经贸委在有关部委的支持和配合下，积极组织利用全球 环境基金、世界银行、联合国开发计划署和亚洲开发银行的资金，支持我国新能源和可 再生能源产业化、商业化发展。目前，正在准备和实施的太阳能项目包括： 全球环境基金太阳能光伏发电项目 该项目将利用全球环境基金赠款 2200 万美元， 支持我国西北地区（甘肃、青海、内蒙古和新疆以及西藏、四川西北部等地区）发展 3020~30 万户太阳能光伏发电户用系统（总规模约 10MW，平均每套系统发电容量为 50至峰瓦），为边远地区无电成民提供电力。其中全球环境基金赠款 1500 万美元将用 1.5700于直接补贴，平均每瓦补贴美元，其余费用由用户承担。同时，万美元赠款支 持建立太阳能户用光伏发电市场化体系、销售网络和技术服务、技术引进以及相应的机 构能力建设。 - 56 - 全球环境基金技术开发项目 针对我国目前大型风力发电设备依赖进口，造成风力 发电电价较高，初始投资大，限制大规模风力发电场发展的现状，将利用全球环境基金 1000 万美元赠款，通过竞标选择承担企业，重点支持大型风力发电和太阳能光伏发电 设备关键部件的技术开发和技术引进，加快国产化步伐。 /全球环境基金联合国开发计划署加速中国可再生能源商业化发展能力建设项目 该 4项目由国家经贸委于 1994 年向联合国开发计划署提出，用全球环境基金支持。经过 3年多的努力，1999 年月，该项目由联合国开发计划署、中国财政部和联合国经济与 46社会事务部签字生效，并于月日召开了项目启动会，项目已正式开始实施。该项目 是联合国开发计划署在中国开展的投资最大的一个项目。项目总投资为 2583 万美元， /其中赠款 1443 万美元。在 1443 万美元的赠款中，全球环境基金联合国开发计划署赠 880300253款万美元，澳大利亚政府赠款万美元，荷兰政府赠款万美元。项目引进国 际上先进的可再生能源技术和设备，在山东、浙江、广东、广西等地组织示范项目和相 关活动，包括：建立风光互补系统，解决偏远地区居民用电问题；工业规模的沼气利 用；以蔗渣为燃料进行热电联产。同时，建立可再生能源工业协会，研究制定可再生能 源发展的财政激励政策，帮助企业提高市场开拓能力，加强资源测评、信息传播工作和 5市场机制的建设。项目实施期为年。 11亚洲开发银行可再生能源开发技术援助项目 该项目 1998 年月开始启动，项目 资金总额为 82.6 万美元，其中亚行提供日本政府赠款 65.6 万美元。该项目涉及的可再 生能源领域包括蔗渣发电、太阳能热利用系统和沼气系统。项目的主要内容有：对所选 的可再生能源技术进行技术、财务、经济潜力评价；制定方针和激励政策，完善产品制 造标准，促进可再生能源利用；提出增强可再生能源技术竞争力的措施；开发支持可再 生能源商业化发展的财务机制；完成各子项目的技术性、财务性、经济性和环境性评 价。项目主要在广西、广东、河北、江苏、河南、四川和云南等可再生能源资源丰富的 省份实施。 - 57 - （四）我国的光伏产业规划目标 l（）采用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站，解决偏远地区无电村和无电户 的供电问题，重点地区是西藏、青海、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、云南等省（区、 10100市）。到 2010 年，共建设太阳能光伏发电约万千瓦，满足约万户偏远地区农牧 10民生活用电。在“十二五”期间，再增加太阳能光伏发电总容量万千瓦，解决约 100 万户偏远地区农牧民生活用电问题。 2（）在经济较发达、现代化水平较高的大中城市，建设与建筑物一体化的屋顶太 阳能并网光伏发电设施，首先在公益性建筑物上应用，然后逐渐推广到其它建筑物，同 l时在道路、公园、车站等公共设施照明中推广使用光伏电源。到 2010 年，建成万个 520屋顶光伏发电项目，总容量万千瓦。到 2020 年，建成万个屋顶光伏发电项目，总 100容量万千瓦。 32（） 建设较大规模的太阳能光伏电站和太阳热发电电站。到 2010 年，建成座 220太阳能光伏示范电站，总容量万千瓦。到 2020 年，太阳能光伏电站总容量达到万 20千瓦，太阳热发电总容量达到万千瓦。 30综合考虑以上三个领域的应用，到 2010 年，太阳能光伏发电总容量达到万千 l510瓦，其中偏远农村地区应用万千瓦，建筑物和公共设施应用万千瓦，大型并网光 23伏电站达到万千瓦，其他商业应用达到万千瓦。到 2020 年，光伏发电总容量达到 30100180 万千瓦，其中偏远农村地区光伏发电容量万千瓦，建筑物和公共设施应用 202010万千瓦，并网光伏电站万千瓦，太阳热发电电站万千瓦，其他商业应用达到 万千瓦。 十一、太阳能电池及材料生产工艺及技术发展趋势 提高光电转换效率和降低生产成本两大目标是太阳能电池研发工作的方向，各发达 国家及一些发展中国家都在积极进行。目前晶体硅高效太阳能电池和各类薄膜太阳能电 池是全球新型太阳能电池研究开发的两大热点和重点。高效单晶硅太阳能电池的光电转 25%20%换效率已接近，高效多晶硅太阳能电池的光电转换效率已超过。薄膜太阳能电 - 58 - CIS池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜电池、CdTe 系薄膜电池、系薄膜电池和多晶 硅薄膜电池上。非晶硅薄膜电池的研发，重点是研究解决电池的光致衰降和提高效率问 15%题。经过努力，己有许多新的突破，实验室的稳定效率已达。CdTe 系薄膜电池的 CIS实验室效率已达到 16.4%，系薄膜电池实验室效率已达到 19.2%，并且都已建立了 10%效率超过的中试规模的生产线。多晶硅薄膜电池的研究工作，自 1987 年以来发展 17%迅速，目前实验室效率已超过，成为引起世界光伏界瞩目的新热点，前景看好。 （一）晶体硅太阳能电池生产工艺及技术发展趋势 1、单晶硅太阳能电池及材料工艺与技术 高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟加工处理工艺基础上 的。现在单晶硅的电池工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区 钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电 池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫 朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电 池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把 13nm 厚的氧化物钝化层与两层减反射 涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电 2 23%池转化效率超过，是大值可达 23.3％。Kyocera 公司制备的大面积（225cm ）单电 晶太阳能电池转换效率为 19.44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳 能 电 池 的研究和开发 ，研制 的平面 高 效 单 晶 硅 电 池 （2cm 2cm）转 换效 率 达 到 × 19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm 5cm）转换效率达 18.6%。 × 研究室制备的太阳能电池的转化效率比较高，大规模生产的单晶硅太阳能电池和组 14%17%件的转化效率一般则为—。 2、多晶硅太阳能电池及材料工艺与技术 多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅，或者专门为太阳能电池使用而 生产的铸造多晶硅材料 。 - 59 - 澳大利亚新南威尔士大学，利用 PERL 电池加工技术，采用热交换法生长的多晶硅 尔制备多晶硅太阳能电池，其转换效率达到 18.2%。后来，他们对这种电池作了进一步 改进，把电池表面掩蔽在热生长氧化物中，以降低其有害电子活性，进行各向同性腐 蚀，以形成流角形对称蜂窝表面结构，从而进一步减少反射损耗，增加电池有效光学厚 度，使多晶硅的转化效率达到 19.8%；日本京工陶瓷公司研制的 15cm×15cm 多晶硅太 17%阳能电池组件，其转换效率达；我国河北保定英利集团 2002 年建设的太阳能电池 15%片工业化生产线，多晶硅电池片的转化效率可达。 3、高效率低成本晶体硅太阳能电池技术发展趋势 2120晶体硅太阳能电池在世纪的前年内仍将是居主导地位的光伏器件，在生产和 应用总量中占首位，并将向效更高、成本更低的方向发展。 自 1954 年实用的太阳能电池问世以来，晶体硅太阳能电池一直在世界光伏市场居 80%90%统治地位，占太阳能电池总产量的～。 预计这种地位在相当一个时期之内， 还将会继续保持。但将硅材料变成适合于制造电池的硅片，要采用大容量的晶体生长装 置和价格昂贵的切割设备，并且制造温度高，要消耗相当多的电能，因而目前硅片的生 l.5/W产成本高达美元左右。正在研究试验用切薄硅片、扩大平面晶体或采用聚光等方 法，力争把硅片的生产成本降低一半左右。 制约晶体硅太阳能电池光电转换效率进一步提高的主要技术障碍有：?电池表面栅 线遮光影响；?电池表面光反射损失；?光传导损失；?内部复合损失；?表面复合损 失等。针对这些障碍，近些年来研究开发了许多新技术、新工艺，主要有：?双层减反 射膜，?激光或机械刻槽埋藏栅线技术；?绒面技术：?背点接触电极克服技术：?高 效反射器技术；?光吸收技术等。 降低硅材料的生产费用，是降低太阳能电池成本的关键。多晶硅电池的材料成本比 单晶硅电池的材料成本低，应作为研究开发的重点。主要研发的问题有：?多晶硅材料 制备的新技术；?快速掺杂表面处理技术；?提高硅片质量的新技术、新工艺等。 - 60 - 太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子都达到最大值时，可以得到最高的转 换效率。但由于它们相互影响和制约，并受到材料内在质量的影响，同时提高三者是很 困难的，一般情况下只能单独改善其中的某一项。提高短路电流可从光吸收和光谱响应 两方面努力。在太阳光谱中短波光的能量很大，而常规硅电池的短波响应却很差。为展 宽电池光谱响应的峰区，研制了具有浅结、密栅及“死层”薄特征的紫光电池。常规硅 电池表面虽有减反射膜，但单层的减反射膜仍对波长有选择性。无反射电池即绒面电 池，则由于表面不平整，可多次吸收入射光，并且没有对波长的选择性，因而在较宽波 长范围内光能的吸收量增大，进—步提高了短路电流。提高电池的开路电压能提高电池 的转换效率，而具有背面场的电池，开路电压、短路电流和填充因子都可得到提高。这 些新工艺、新技术已在高效电池中得到应用，并取得了好的效果。当前的目标，是不但 要研发新的工艺、新的技术和新的器件结构，而且也要研发向工业生产的转移问题、降 低电池和组件的成本问题。 （1）发射极钝化及背面局部扩散太阳能电池（PERL） 电池正反两面部进行氧钝化，并采用光刻技术将电池表面的氧化硅层制作成倒金字 1塔，如图所示。两面的金属接触面都进行缩小，其接触点进行了硼与磷的重掺杂。用 此法制备的单晶硅电池效率已达 24.7%，多晶硅电池效率已达 19.8%。 图 11.1 PERL 太阳能电池 - 61 - (2) 埋栅太阳能电池（BCSC） 20m采用激光刻槽或机械刻槽。激光在硅片表面刻出宽度为µ左右的槽，然后化学 2镀铜，以形成电电极，如图所示。它的主要特征是：?随机绒面，降低了表面反射 率；?选择性发射极，获得了最佳的光谱响应及最小的接触电阻。?激光刻槽埋栅电极 （LGBG），达到了最小的遮光率，高电导率的铜电极。这种电池的批量生产效率已达 17%，因此已具有工业化生产的意义。目前我国这种电池的实验室效率为 19.55%。 图 11.2 BCSC 太阳能电池 3BSR（）高效背表面反射器太阳能电池（） 在这类电池中，太阳能电池的背面和背面接触之间用真空蒸镀的方法沉积一层高反 射率的金属表面（一般为铝），能被电池吸收并转换为电能光的波长。对硅电池来说， 约为 1150nm，比它更长的任何辐射波都容易透过半导体材料进入背表面反射器。电池 的厚度越薄，背反射器的作用越明显。所谓背反射器，就是将电池窄面做成反射面，它 3能反射透过电池基体到达背表面自光，从而增加光的利用率（见图）。这样，可增加 电池对长波光的吸收，使短路电流增加。并且它还能把到达背面的波长大于电池光谱响 应截止波长的红光反射出去，从而降低电池的吸收系数。测试表明，普通硅电池太阳吸 收系数αS。为 0.7810.020，而此电池为 0.7400.020。这就减轻了其有害影响，因为 ?? - 62 - 这部分光不仅不能产生光生载流子，而且产生热效应，使电池温度升高，导致效率下 降。 图 11.3 背面反射器太阳能电池和普通硅太阳能电池的反射率与光波波长的关系 (4) 高效背表面和背表面反射器太阳能电池（BSFR） + BSHP它也称为漂移场太阳能电池。此电池是在电池结构基础上再做一层层。这 + -P种场有助于光生电子空穴对的分离和少数载流子的收集。但这种场容易受空间高能 BSR粒子辐射的影响而发生衰减，比电池抗高能粒子损伤的能力差。其目前的最高效 率为 14.8%。 (5) 高效低阻硅太阳能电池（RESC） 0.2cm03cmp它是一种用Ω?和．Ω?的型区熔硅制成的电池。其特点是在电池 的发射区制备一层钝化层。这种结构的电池，减少了表面密度，抑制了表面复合速度。 2 cm其扩散结较深，约为 0.7 P m，在保持较高短路电流密度（39.2mA／）的同时，具有 相当高的开路电压（670mV）和较高的填充因子（82.1％）。该电池在 AM1.5、l00mW 2 cm252／、???的条件下测试，其转换效率可达 21.6％。 （二）新型薄膜太阳能电池及材料工艺与技术 薄膜太阳能电池由沉积在玻璃、不锈钢、塑料、陶瓷衬底或薄膜上的几微米或几十 微米厚的半导体膜构成。由于其半导体层很薄，可大为节省电池材料，降低生产成本， - 63 - 因而是最有前景的新型太阳能电池，已成为当今世界光伏技术研究开发的热点课题。下 面对几种主要薄膜太阳能电池的技术发展进行分析介绍。 1、多晶硅薄膜太阳能电池及材料生产工艺与技术发展 多晶硅（Poly-Si）薄膜是由许多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒构成的。其 nmm晶粒尺寸一般约在几十至几百级，大颗粒尺寸可达μ级。高质量的半导体多晶硅 H薄膜的许多性能参数，都可用单晶硅（C-Si）薄膜和非晶硅氢合金（a-Si：）薄膜的参 数来代替。多晶硅薄膜在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，又具有与晶体硅 一样的光照稳定性，因此被公认为是高效、低耗的理想光伏器件材料。 近年来制备 poly-Si 薄膜材料的工艺技术有很大发展。用 Poly-s 薄膜代替 a-SiGe 作 为底部电池在进一步提高硅基薄膜太阳能电池性能方面显示出许多优势：?其带隙可做 到 1.12eV，与 a-Si／a-SiGe／a-SiGe 薄膜电池相比，a-Si／poly-Si 薄膜电池能吸收更小 能量的太阳光子，具有更高的转换效率极限；?Poly-Si 膜没有光致衰退效应。理论计 28算表明，a-Si／poly-Si a 层电池的效率可达％。Kaneka 公司设计的 STAR 结构的多晶 5mSOI硅薄膜电池，效率已达 10.7%（〈μ〉，且无光致衰降现象；另一种结构的多 晶硅薄膜电池（10cm10cm），获得了高达 14.22%的效率。H.Morikawa 等更制备出了 × 16%效率高达的多晶硅薄膜电池。理论和实践均表明，多晶硅薄膜太阳能电池很有可能 21成为世纪最有前途的一种薄膜太阳能电池。 多晶硅薄膜电池既具有节省硅原料用量和简化硅片制造工艺的特点，又具有晶体硅 3%电池转换效率高和稳定性能好的优点。它只有晶体硅电池厚度的左右。因此，要得 到同样的转换效率，对薄膜材料的质量（少数载流子的扩散长度）要求仅是对硅片要求 的 1/30。在制造工艺上，多晶硅薄膜电池集电池和组件于一体，从而大大降低了生产成 本。 600多晶硅薄膜可在?以下的低温沉积，随后用激光加热晶化或固相结晶等方法形 成。电池衬底可采用玻璃甚至塑料类的柔性材料。也可以直接在高温下生长形成多晶硅 5nmmin薄膜，生长温度大于 1000?，硅的沉积速率约为／。生长温度高就需要选择耐 高温衬底材料，目前通常采用低质量的硅、石墨或陶瓷材料。由于在高温下生长薄膜， - 64 - 获得的多晶硅薄膜具有较好的结晶性，晶粒尺寸较大。低温制备多晶硅薄膜电池，一般 CVD采用方法。由低温沉积的薄膜，晶粒尺寸较小，获得的电池效率不高。要获得 15%10%～的效率，晶粒尺寸须大于 l00nm。高温制备多晶硅薄膜电池，一股采用液相 ZMR外延法（LPPE）、区熔再结晶（）及低压化学气相沉积（LPCVD），APCVD、等离 10子增强化学气相沉积（PECVD）等方法。先在耐高温衬底材料上生长厚度为～20nm p-n的多晶硅薄膜，再利用晶体硅电池常规制备工艺进行结及电极制备。 C,化学气相沉积主要是以 SiH2l2、SiHCl3、Sicl4 或 SiH4为反应气体,在一定的保护 气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用 Si、SiO2、Si34 等。 N 但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这 一问题办法是先用 LPCVD 在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退 火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无 疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅 薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术， 这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技 术在 FZ Si 衬底上制得的多晶硅电池转换效率为 19％，日本三菱公司用该法制备电 池，效率达 16.42%。 液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。美国 16%Astro Power 公司在耐高温衬底上制备的多晶硅薄膜电池效率己达，而且认为通过 降低多层减反射膜中氧化层的厚度到 100A，并增加基体材料的扩散长度，电池效率可 l8%达。 多晶硅薄膜电池具有上述的效率高、性能稳定及成本低的优点，是降低太阳能电池 成本的最有效的方法，但目前尚存在如下问题：?多晶硅薄膜低温沉积，质量差，薄膜 晶粒尺寸小，电池效率低。?多晶硅薄膜高温沉积，适于生长优质多晶硅薄膜的廉价而 优良的衬底材料。因而今后应着重研发如下问题：?大面积、大晶粒薄膜的生长技术； ?进一步提高薄膜的生长速率；?薄膜缺陷的控制技术；?优质、价廉衬底材料的研 发；?电池优良设计、表面结构技术及背反射技术等的研究。 - 65 - 2、非晶硅薄膜太阳能电池工艺及技术发展 非晶硅薄膜电池诞生于 1976 年，是用非晶硅半导林料制备的一种薄膜电池。非晶 硅半导体材料的最基本特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序，原子的键合类似 晶体硅，形成一种共价无规网状结构。这结构，不是无规理想的网络模型，其中含有一 定量的结构缺陷、悬挂键、断键和空洞等。非晶硅电池的工作原理与单晶硅电池类似， 都是利用半导体的光生伏打效应实现光电转换。与单晶硅电池不同的是，非晶硅电池光 生载流子只有漂移运动而无扩散运动，原因是由于非晶硅结构中的长程无序和无规网络 引起的极强散射作用，使载流子的扩散长度很短。如果在光生载流子的产生处或附近没 有电场存在，则光生载流子受扩散长度的限制，将会很快复合而不能吸收。为能有效地 pinpi收集光生载流子，将电池设计成为型，其中层是入射光层，层是本征吸收层， + pnpi-处在和产生的内建电场中。当入射光通过层进入层后，产生电子空穴对，光生 + pn载流子一旦产生后就由内建电场分开，空穴漂移到边，电子飘移到边，形成光生电 流和光生电压。 非晶硅薄膜电池可以用玻璃、不锈钢、特种塑料、陶瓷等为衬底（图 11.4 为非晶 硅薄膜电池结构的示意图）。玻璃衬底的非晶硅电池，光从玻璃面入射，电池的电流从 TCO透明导电膜（）和铝电极引出。不锈钢衬底的非晶硅电池与单晶硅电池类似，在透 明导电膜上制备梳状银电极，电池的电流从银电极和不锈钢引出。双叠层的结构有两 种：一种是两层结构使用相同的非晶硅材料；一种是上层使用非晶硅合金，下层使用非 晶硅锗合金，以增加对长波光的吸收；上层使用宽能隙的非晶硅合金做本征层，以吸收 15%蓝光光子；中间层用含锗约的中等带隙的非晶硅锗合金，以吸收红光。三叠层的结 构与双叠层的结构类似。 非晶硅材料是由气相沉积法形成的。根据离解和沉积方法的不同，可分为辉光放电 GDSPCVD分解法（）、溅射法（）、真空蒸发法、光化学气相沉积法（）和热丝法 HW（）等多种。其中等离子增强化学气相沉积法（PECVD）是已被普遍采用的方法， 5其装置的示意图如图所示。在 PECVD 沉积非晶硅的方法中，PECVD 的原料气一般 - 66 - HSiHHSiHGeHBPH采用4，和2，制备叠层电池时用4，和4，，加入26，和5 可同时实 SiHGeHaSia现掺杂。4 和4 在低温等离子体的作用下分解产生－或—SiCe 薄膜。此法 具有低温工艺和大面积薄膜的生产等特点，适合于大规模生产。 pin一般来说，集成型以玻璃为衬底的非晶硅电池的制造工序为：清洗并烘干玻璃 TCOTCOpina-衬底——生长膜——激光切割膜——依次生长非晶硅膜——激光切割 AIAIAISi 膜——蒸发溅射电极——激光切割电极（或掩膜蒸发电极）。 - 67 - 图 11.5 PECVD 装置示意图 非晶硅电池具有如下优点： - 68 - 1（）制造成本低。这是因为：?半导体层光吸收系数比晶体硅大一个数量级，电 1m池厚度只需μ左右，约为晶体硅电池的 1/300，可节省大量硅材料。?可直接沉积 出薄膜，没有切片损失。?可采用集成技术在电池制备过程中一次完成组件，工艺过程 pin800简单。?电池的结是在 20.0?左右的温度下制造的，比晶体硅电池的～1000? 2 的高温低得多，能源消耗小。?电池的单片面积可大到 0.7~1.0m ，组装方便，易于实 现大规模生产。 2（）能源消耗的回收期短。每平方米非晶硅电池的生产能耗仅为 l00kWh 左 ? l右，能源回收期仅为～1.5a，比晶体硅低得多。 38%（）发电量多。据测试，在相同条件下，非晶硅电池的发电量较单晶硅电池高 13%左右，较多晶硅电池高左右。 41/4（）售价低。目前约比晶体硅电池的售价约低－l /3。 影响非晶硅电池作为地面电源应用的最主要问题，是效率低、稳定性差。目前实验 157.5室效率己达％，但生产中电池组件的稳定效率仅为 5.5%～％。引起效率低、稳定 SW性差的主要原因是光诱导衰变，即所谓的－效应。用氢稀释硅烷方法生长的 a-Si 和 a-SiGe 薄膜可以抑制光诱导衰变，提高效率。使用双叠层、三叠层或多叠层结构可以增 加光谱响应，提高效率。但从工业化生产和地面电源应用的要求来看，问题还远未得到 令人满意的解决，仍有许多工作要做。关于非晶硅电池的衰降问题，许多科研人员已进 行多年的研究实验，并还在继续进行着，主要内容有：?高质量本征非晶硅材料的研究 np（包括晶化技术），减少光生亚稳态密度，提高稳定性。?质量型和型非晶硅材料 的研究，改善薄膜完整性，提高掺杂效率，增强内建电场，提高电池的稳定性。?改善 非晶硅电池内部界面，降低界面态，减小界面复合，提高输运效率、转换效率和电池的 Ge稳定性?优质 a-Si：合金材料的研究，进一步完善双结、三结、多带隙非晶硅电 池，提高效率和电池的稳定性。 - 69 - 3、碲化镉（CdTe）系薄膜太阳能电池 CdS-这种电池系由 CdTe、和其他??族化合物通过相对简单且成本低的工艺沉积 10在衬底上经过干燥和烧结而成。日前实验室效率达到 16.5％，中试线效率达到％， 已由实验室研究阶段走向规模化工业生产。下一步的研发重点，是进一步降低成本、提 高效率并改进与完善生产工艺。该电池如果作为大规模生产与应用的光伏器件，最值得 CdCdCd 关注的是环境污染问题。是重金属，有剧毒，的化合物与一样，也是有毒 Cd的。其主要影响，一是含有的尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成的危害；二是 CdTe生产废水废物排放所造成的污染。因此，对破损的玻璃片上的和应去除并回 收，对损坏和废弃的组件应进行妥善处理，对生产中排放的废水、废物应进行符合环保 标准的处理。 4、硒铟铜（CIS）系薄膜太阳能电池 IVICIS 薄膜是一种－?－族化合物半导体，具有黄铜矿、闪锌矿两个同素异形的 GaCIS晶体结构。掺入镓（）即形成为四元化合物。（硒铟铜）和 CIGS（硒铟镓铜） CdS的制备方法很多，归纳起来大致有物理方法和化学方法两种。经过多年的研发，／ 11%CdS18%CuInSe电池组件的效率己达，／CuInGaSe电池组件的效率己达，并已建 22 立起了工业化生产线。该电池的主要优点是：具有较高的光吸收率，比非晶硅电池效率 20%l/31/2高，可达左右；生产成本低，仅为晶体硅电池的～。今后应在提高电池的稳 定性和改进与完善工业化生产工艺技术等方面进一步开展研究。这种电池能否成为可以 广泛生产应用的光伏器件，最为关键的问题是铟的资源保证问题，因为世界上铟的资源 十分有限。同时，镉的污染问题也是应加关注的问题。 - 70 - 十二、太阳能电池未来发展趋势前途分析 （一）硅系结晶类太阳能电池发展前途分析 85%目前，全球生产的以上的太阳能电池使用块状结晶硅，这种工艺使得硅的用量 较大，硅的高价位就成了结晶硅类产品的制造成本长期居高不下的首要原因。但块状结 晶硅太阳能电池由于开发较早，工艺比较成熟，设备比较容易得到，因而还是当前并且 是今后相当长一段时间内主要产品。夏普和京瓷的结晶类产品产能已经比较大，并且转 产不易，转型开发其他技术也有一定难度，因而倾向于在现有的基础上改进，它们是结 晶硅类产品企业的杰出代表。 改进的方式有： 1（） 提高转换效率。结晶硅包括单晶和多晶，在将太阳能转换成电能的转换率方面， 17%14%目前单晶硅的最高效率为，多晶硅为左右。如果进一步提高转换效 率、缩小太阳能电池的体积，就可以减少硅的使用量。 2250m 350m（） 进一步缩小目前为μ～μ发电层厚度，以减少原材料使用量。夏普 和京瓷认为目前的结晶类产品中切割晶圆的技术还可以继续完善和提高，如果能 100m100将发电层厚度减少到μ左右，同时提高量产规模，完全可以实现日元 /W 的成本目标。 3（） 扩大量产规模，形成规模经济，那么成本必将会有进一步降低。 4（） 减 少 外 部 设 备 的 质 量 和 尺 寸 。 京 瓷 家 庭 太 阳 能 发 电 系 统 2004 年 款 式 “ECONOROOTS”和“SAMURAI”就减少了外部设备的重量和尺寸。电池模 块的输出线设计为一条线束，同时还改进了向住宅电源调节器输送电力的连接单 元以及调整模块间电压，实现稳压供电的自动升压单元的设计。两种电池均采用 弧线设计，外形尺寸均为宽 178mm、高 280mm、纵长 115mm。这样，连接单元 1/31/2和自动升压单元的质量分别减少到了原来的和。 - 71 - 结晶硅类太阳能电池如果不能有效的提高转换效率和进一步降低成本，那么必将会 被不断提高转换率和低成本的薄膜类太阳能电池所逐渐代替。但就目前来看，在今后很 长一段仍然占市场主流。硅基太阳能电池效率、成本、寿命预测见表 12.1。 表 12.1 硅基太阳能电池效率、成本、寿命预测 效率（%） 成本 寿 命 年度 多晶硅 （元/Wp） （年） 单晶硅 25-30 20 11-13 10-11 2000 16-17 18-20 25 15-16 2005 2010 18-20 14-16 30 17-18 2020 22-24 10-12 40 19-20 硅薄膜太阳能电池 成本 寿 命 年度 效率（%） （元/Wp） （年） 18-20 15 2000 5-8 12-14 20 2005 8-10 2010 10-12 8-10 25 5-6 30 2020 13-15 （二）薄膜类太阳能电池发展前途分析 结晶类转换效率的提高已接近极限，通过提高硅切割晶圆技术而降低成本的空间也 23很有限，使用等离子体及气体将厚度为µm～µm 的硅类薄膜层叠在底板上的薄膜类太 阳能电池以及在此基础上形成的层叠“混合型”太阳能电池是未来的发展方向。 钟渊化学、三洋电机都是薄膜类太阳能电池的代表厂商。钟渊化学很早就开始生产 台式电子计算器等使用的非结晶硅太阳能电池。该公司应用自己的生产技术成功的开发 4出了叠加非晶硅和薄膜多晶硅而成住宅太阳能电池，并从 2003 年月开始销售。之所 以采取将非晶硅和薄膜多晶硅层叠的“混合型”，是为了综合容易吸收可视光的非晶硅 特性和容易吸收红外线的薄膜多晶硅特性来提高转换效率。无论是非晶硅还是多晶硅， 210%均很难单独实现位数转换效率，但通过组合，转换效率能够达到以上。三洋电机 也将力量集中到了薄膜多晶硅太阳能电池的开发上，该公司也是从非晶硅太阳能电池起 步，目前正在加紧开发使用薄膜多晶硅的新一代太阳能电池。 - 72 - 这类薄膜太阳能电池由于具有较低成本，同时转换率又在不断提高，所以，发展前 途十分看好，尤其是在廉价硅基衬底上薄膜化技术更为看好。 （三）新材料太阳能电池发展前途分析 新材料太阳能电池有色素增感电池和铜、铟、钾、硒等化合物（CIGS）的新型薄 膜非硅类电池等。色素增感型太阳能电池的半导体原材料使用了氧化钛。氧化钛的特点 是光吸收能力差，所以就用色素来弥补这一缺点。制造方法也比较简单，在附带电极的 2底板上依次上氧化钛和色素，再在上面粘贴带电极的底板，最后在枚底板间注入电解 1/4液即可。代表厂商是东芝和日立万胜，该工艺的制造成本只有结晶硅的左右，甚至 更少，如果在底板中使用塑料，电池面板还可以弯曲。目前需要解决的是面板的耐久性 以及转换效率继续提高等问题，色素增感型电池的实验室内转换效率能达到 9.3%，使 8用寿命在年左右，这两项指标比结晶硅太阳能电池都远远不如，如果把这些因素和成 //本综合在一起分析的化，那么色素增感型电池的成本效益（投入产出）比并不比硅类 太阳能电池强多少，而且产品性能和稳定性还要差。但该电池的研发进度还是很快的， 如果解决好上述问题的话，完全有可能占领部分硅系太阳能电池市场，另外，此电池因 为采取塑料衬底可以弯曲，因而可以拥有该部分独特市场，这是一个值得考虑的发展方 向。 CIGS 新型薄膜非硅类电池的代表厂商主要有本田。CIGS 类材料具有如下特点，即 25%30%理论发电效率比硅类太阳能电池高出～、材料成本低、而且不存在非晶硅太阳 4能电池那样的性能恶化问题。但由于采用种材料，很难在大面积内形成结构均匀的薄 Cd膜，而且膜材料以类为主，存在毒性问题，因此一直未能用于实际。本田在这方面 取得的突破是：开发出了能够在大面积中形成均匀的 CIGS 膜的成膜技术以及发现了即 Cd使不使用也能实现高效率的缓冲层材料。据说发电成本已经降到了商业用电的成本 以下，但由于转换率较低，要想获得相同的电力，必须有较大的面积，这在很大程度上 10%12%抵消了低能耗和低成本带来的优势。目前转换效率为～，如何提高转换效率， - 73 - 是 CIGS 发展今后面临的主要课题。表 12.2 列出了目前世界主要太阳电池的最高转换效 率。 表 12.2 世界主要太阳电池的最高转换效率 电池种类 转换效率（％） 研制单位 备注 224.7?0.5 单晶硅电池 面积 澳大利亚新南威尔大学 4cm 34.7?1.7 Spectrolab GaAs 多结电池 333 倍聚光 220.3?0.5 多晶硅太阳电池 1.002cm面积 德国弗朗霍夫研究所 2InGaP/GaAs 30.28?1.0 4cm面积 日本能源公司 14.5?0.7 (初始) 2非晶硅太阳电池 0.27cm面积 12.8?0.7 (稳定) 美国 USSC 公司 219.5?0.6 含镓的铜铟电池（CIGS） 0.410cm面积 美国可再生能源实验室 216.5?0.5 碲化镉电池 1.032 cm面积 美国可再生能源实验室 216.6?0.4 多晶硅薄膜电池 4.017cm面积 德国斯图加特大学 10.1?0.2 纳米硅太阳电池 2 微米膜(玻璃衬底) 日本钟渊公司 211.0?0.5 EPFL 氧化钛有机纳米电池 0.25 cm面积 175 倍 ， low-AOD 37.3?1.9 Spectrolab GaInP/GaAs/Ge (2 端) spectrum 聚光 十三、太阳能电池硅材料企业投资建议 （一）投资分析 世界能源形式紧迫，是世界十大焦点问题（能源、水、食物、环境、贫穷、恐怖主 65义和战争，疾病、教育、民主和人口）之首，全球人口 2004 年是亿，能源需求折合 成装机是 14.5TW（1T=1012），到 2050 年全世界人口至少达到 100-110 亿，按照每人 GDPGDP1%每年增长 1.6%，能耗按照每年减少，则能源需求装机为 30-60TW，届时 主要靠可再生能源来解决。可是，世界上潜在的水资源只有 4.6TW，经济可开采能源只 2TW3TW有 0.9TW；风能实际可开发资源；生物质能。只有太阳能是唯一能保证人类 - 74 - 能源需求的能源来源，其潜在资源 120000TW，实际可开采高达 600TW。（核能的争议 很大）。 因此，太阳能光伏产业前景一片光明，各国也都出台了相应政策鼓励发展。太阳能 光伏产业的发展势必带动其上游硅材料企业的发展，且薄膜化技术突破需要很长一段时 间，突破以后形成产业化又需要一段时间，很长一段时间内块状结晶硅太阳能电池仍将 占主导地位，这势必会对太阳能用硅材料带来大量需求。 通过对国际和国内太阳能电池及太阳能电池用硅材料的市场需求分析，结合国内的 行业情况，我们给出硅材料企业如下投资建议： 1（）太阳能用多晶硅是目前太阳能电池的主要原料来源，市场缺口很大，处于供 不应求状态，如果能够通过与国外企业合作，利用国外的多晶硅技术，生产多晶硅材料 话，项目的投资将是很有必要的。 2（）如果企业有一定的技术积累的话，能够在短时间内开发出大规模生产、低成 本、高转化率的多晶硅生产工艺，也可以投资建设，但技术风险性较大，同时也要投入 大量资金，存在一定风险。 3（）太阳能用单晶硅仍是太阳能电池的重要来源之一，虽然单晶硅太阳能电池成 本较高，但是由于具有高转化率的优势，在一段时间内还处于增长状态，需要技术水平 也较低。但国内多数太阳能电池硅锭及硅片生产企业由于国际原料供应紧缺，价格上 涨，也存在很大制约发展因素。 （二）技术风险 在太阳能电池用硅材料行业技术领域，我国并不占有优势，尤其在多晶硅领域，我 们还很落后，单晶硅也只是在棒的生长等技术含量较低领域占有量的优势。结合国内行 业技术水平，我们就技术风险方面给出如下建议： 1（）太阳能用多晶硅大规模生产技术，基本上处于国外垄断状态，所以，技术的 获取和消化有一定难度。 - 75 - 2（）自行开发多晶硅生产技术难度较大，要谨慎行事，而且技术变革很快，一旦 研发成功，可能新的技术已经出现，并且市场情况也可能发生变化。 3（）太阳能用单晶硅技术已经发展成熟，再提高技术的余地很小，而多晶硅技术 和薄膜技术正在逐步完善，成本很低，转化率逐渐接近单晶硅太阳能转化率，但短期看 来，由于单晶硅太阳能电池的迅速增长，还会有一定收益。 （三）市场风险 1（）太阳能用多晶硅需求量很大，处于供不应求状态，一段时间将存在市场缺 口，但国际上多晶硅生产企业也在纷纷扩产，市场供求在一定时期内将趋于平衡，如生 产的太阳能用多晶硅技术水平不高、成本偏高，那么同样会面临国际市场竞争问题。 2（）投资太阳能电池硅材料行业要时刻关注薄膜太阳能电池的技术水平，一旦薄 膜技术获得突破，且被一定数量企业所采纳，形成规模生产，那么势必会影响结晶类太 阳能电池发展，使结晶类太阳能电池发展速度减缓，但预计这还需要很长一段时间的发 展。 中国电子材料行业协会经济技术管理部 北京万胜博讯高科技发展有限公司 52007 年月 本报告调研信息属内部资料，不得外传和翻印，请给予配合。谢谢！ - 76 -