| ??? 在跨入21世紀門檻之際,世界各國爭相推出各種太陽能開發(fā)計劃、研究項目和成果,把新世紀的全球能源園地裝點得五彩繽紛、春意盎然。 太陽能電池計劃 ??? 據(jù)Dataquest的統(tǒng)計資料顯示,目前全世界共有136 個國家投入普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中,其中有95 個國家正在大規(guī)模地進行太陽能電池的研制開發(fā),積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品。1998年,全世界生產(chǎn)的太陽能電池,其總的發(fā)電量達1000兆瓦,1999年達 2850兆瓦。目前,許多國家正在制訂中長期太陽能開發(fā)計劃,準備在21世紀大規(guī)模開發(fā)太陽能。全世界總共有2700多家廠商向國際市場提供太陽能電池及各種以太陽能電池為能源的產(chǎn)品,在全球范圍內(nèi)掀起了太陽能開發(fā)利用的“綠色能源熱”,與呼聲漸高的全球環(huán)境保護熱潮遙相呼應(yīng),相得益彰。 ??? 太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件。早在1839年,科學家們已經(jīng)開始研究光生伏特效應(yīng),到了20世紀40年代中期, 太陽能電池的研制取得了重大突破,在單晶硅中發(fā)現(xiàn)了稱之為Czochralski的過程。1954年,美國貝爾實驗室根據(jù)這個Czochralski 的過程研制成功世界上第一塊太陽能電池,能量轉(zhuǎn)換效率達到4%。太陽能電池的問世,標志著太陽能開始借助人工器件直接轉(zhuǎn)換為電能,這是世界能源業(yè)界的一次新的飛躍。 ??? 世紀之交,一些發(fā)達國家紛紛制定了發(fā)展包括太陽能電池在內(nèi)的可再生能源計劃。美國和日本為了爭奪世界光伏市場的霸主地位, 爭相出臺太陽能技術(shù)的研究開發(fā)計劃,美國推出的是國家光伏計劃,日本推出的是陽光計劃, 二者都描繪出了一幅研究開發(fā)太陽能技術(shù)的宏偉藍圖。 ??? NREL光伏計劃是美國能源部國家光伏計劃的一項重要的內(nèi)容。目前,該計劃在單晶硅和高級器件、薄膜光伏技術(shù)、PVMaT、光伏組件以及系統(tǒng)性能和工程、 光伏應(yīng)用和市場開發(fā)等5個領(lǐng)域開展研究工作。它的任務(wù)是與美國企業(yè)界進行合作,開發(fā)和應(yīng)用光伏技術(shù), 使其獲得較快的發(fā)展NREL光伏計劃的一個引人注目的特點是善于抓住機遇,將其研究成果迅速轉(zhuǎn)化為商品及應(yīng)用。為了達到這個目的,NREL在開發(fā)美國國內(nèi)市場的同時,也十分重視國際市場的開發(fā)和拓展。目前,NREL已經(jīng)與俄羅斯、中國、印度、 印尼、巴西和埃及等國家建立了技術(shù)合作和光伏市場開發(fā)關(guān)系。 ??? 此外,美國還推出了“太陽能路燈計劃”,旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電,根據(jù)計劃,每盞路燈每年可節(jié)電 800 度 ; 日本也正在實施太陽能“7萬套工程計劃”;歐洲則將研究開發(fā)太陽能電池列入著名的“尤里卡”高科技計劃。 ??? 眾所周知,沙漠地區(qū)由于氣溫特別高,所以最具大規(guī)模開發(fā)太陽能的潛力。日本、韓國以及歐洲地區(qū)總共8個國家最近決定攜手合作,在亞洲內(nèi)陸及非洲沙漠地區(qū)建設(shè)世界上規(guī)模最大的太陽能發(fā)電站,他們的目標是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區(qū)的長時間日照資源有效地利用起來,為30萬用戶提供100萬千瓦的電能。計劃將從2001年開始,花4年時間完成。 ??? 專家們指出,目前推動太陽能光電池產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的重要動力之一,是不少國家正在競相推出以普及應(yīng)用光電池為主要內(nèi)容的“太陽能工程”計劃,如日本的“7萬套工程”、歐洲的“10萬套工程”等。美國決定利用其技術(shù)優(yōu)勢在亞洲、拉美和非洲等地推銷其光電技術(shù)產(chǎn)品,包括在這些地區(qū)承包興建太陽能住宅。 日本準備普及的太陽能住宅發(fā)電系統(tǒng),主要是裝設(shè)在住宅屋頂上的太陽能電池發(fā)電設(shè)備,家庭用剩余的電量還可以賣給電力公司。一個標準家庭可安裝一部發(fā)電3000瓦的系統(tǒng)。 太陽能電池研究 ??? 在太陽能電池中,最重要的組成部分是半導(dǎo)體材料層,在這種材料層里能夠產(chǎn)生負載所需要的電流。太陽能電池的種類很多,其中包括單晶硅太陽能電池、 多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、化合物半導(dǎo)體電池和疊層太陽能電池等。 ??? 單晶硅太陽能電池在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池,其效率為15%。 ??? 多晶硅太陽能電池具有獨特的優(yōu)勢,與單晶硅比較,多晶硅半導(dǎo)體材料的價格比較低廉,但是由于它存在著較多的晶粒間界而有較多的弱點。 多晶硅太陽能電池的實驗室最高轉(zhuǎn)換效率為18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。 ?????? 非晶硅薄膜太陽能電池的研究工作開始于1975年。非晶硅(a-Si)屬于直接轉(zhuǎn)換型半導(dǎo)體,光的吸收率較大,較容易制造厚度小于0.5微米、面積大于1平方米的薄膜,并且易于與其他原子結(jié)合制造對近紅外光高吸收的非晶硅鍺(a-SiGe)集層光電池 ,是目前太陽能電池開發(fā)的熱點之一,目前已經(jīng)開發(fā)出集層結(jié)成型、連續(xù)分離成型以及激光布線成型等多種新技術(shù),其中,10cm×10cm產(chǎn)品的初期轉(zhuǎn)換率達12.0%,1 cm2a-Si/a-SiGe集層太陽能電池的穩(wěn)定后效率達10.6%, 達到了目前世界最先進的水平。日本三洋電機公司開發(fā)的大面積a-Si/a-SiGe集層太陽能電池(30cm×40cm),其穩(wěn)定后效率達9.5%。非晶硅薄膜太陽能電池組件的制造采用薄膜工藝, 具有較多的優(yōu)點,例如:沉積溫度低、襯底材料價格較低廉,能夠?qū)崿F(xiàn)大面積沉積。 非晶硅的可見光吸收系數(shù)比單晶硅大,是單晶硅的40倍,1微米厚的非晶硅薄膜,可以吸引大約90%有用的太陽光能。不過,非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定性較差, 從而影響了它的迅速發(fā)展。美國科學家對非晶硅太陽能電池進行了深入的研究, 發(fā)現(xiàn)非晶硅薄膜材料受到長時間的光照之后,光電導(dǎo)和暗電導(dǎo)的性能均有所降低,進行160 ℃以上的高溫退火之后,可以恢復(fù)到光照之前的值,這就是所謂SW效應(yīng)�？茖W家們已經(jīng)掌握了降低這種光誘導(dǎo)效應(yīng)的太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其制造方法。 ??? 非晶硅和多晶硅混合薄膜太陽能電池也是一種極有發(fā)展前景的新產(chǎn)品。由于非晶硅和多晶硅對太陽光譜的敏感區(qū)域不同,將這兩種不同的材料用在同一塊基板上,能夠很好地取長補短,獲得與結(jié)晶相近的轉(zhuǎn)換率。由于這種產(chǎn)品屬于硅薄膜材料,能夠節(jié)省資源,對環(huán)境保護有利。日本鐘淵化學公司目前已經(jīng)開發(fā)出大小為91.0cm×45.5cm,轉(zhuǎn)換效率為10.6%、下層膜厚度為幾微米的超薄型薄膜太陽能電池。 ??? 化合物太陽能電池包括三五族化合物電池和二六族化合物電池。三五族化合物電池主要有GaAs電池、InP電池、GaSb電池等;二六族化合物電池主要有CaS/CuInSe電池、CaS/CdTe電池等。在三五族化合物太陽能電池中,GaAs電池的轉(zhuǎn)換效率最高,可達28%;GaAs是二元化合物,Ga是其它產(chǎn)品的副產(chǎn)品,非常稀少珍貴;As 不是稀有元素,有毒。GaAs化合物材料尤其適用于制造高效電池和多結(jié)電池,這是由于GaAs具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強,對熱不敏感。 由于具有這些特點,所以GaAs化合物材料也適合于制造高效單結(jié)電池。GaAs 化合物太陽能電池雖然具有諸多優(yōu)點,但是GaAs材料的價格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。為了解決這個問題,采用了聚光系統(tǒng),該系統(tǒng)由于采用價格較低的塑料透鏡和金屬外殼,并且改進了電池性能,因而深受廣大用戶青睞。 ??? 疊層太陽能電池由兩種或兩種以上不同帶隙的電池有機地疊加組合而成。一般而言,頂部電池的材料具有較寬的帶隙,適于吸收能量較大的太陽光能; 而底部電池的材料帶隙較窄,適于吸收能量較小的太陽光能,因此,在單結(jié)的基礎(chǔ)上,疊層太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較高,例如GaAs疊層太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可以達到35%。 ??? 我國對太陽能電池的研究開發(fā)工作高度重視,早在七五期間,非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題;八五和九五期間,我國把研究開發(fā)的重點放在大面積太陽能電池等方面。 太陽能電池市場 ??? 目前,美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。 美國擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠,其功率為7MW,日本也建成了發(fā)電功率達1MW的光伏發(fā)電廠。 ??? 近年來太陽能利用在技術(shù)上的不斷突破, 使太陽能光電池的商業(yè)化應(yīng)用要比人們原先預(yù)期的快得多。目前,全世界總共有23萬座光伏發(fā)電設(shè)備,以色列、澳大利亞、新西蘭居于領(lǐng)先地位。技術(shù)上的不斷突破使光電池以高速度進入市場。80年代后期, 由于多晶薄膜光電池的出現(xiàn),使光電池的光電轉(zhuǎn)換率達16%,而生產(chǎn)成本降低了50%, 極利于在缺能少電的發(fā)展中國家推廣。去年,日本本田技研公司推出的光電池光電轉(zhuǎn)換率達到21.6%。據(jù)分析,日本由于高度重視新材料的研究和革新,使其在發(fā)展光電池產(chǎn)品方面擁有堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。 ??? 目前,光電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、 通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門。2000年,全球有將近4600 家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。世界太陽能市場呈現(xiàn)出一派陽光燦爛的美好前景。 ???? 20世紀90年代以來,全球太陽能電池行業(yè)以每年15%的增幅持續(xù)不斷地發(fā)展。據(jù)Dataquest發(fā)布的最新統(tǒng)計和預(yù)測報告顯示,美國、日本和西歐工業(yè)發(fā)達國家在研究開發(fā)太陽能方面的總投資, 1998年達570億美元;1999年646億美元;2000年700億美元;2001年將達820億美元;2002年有望突破1000億美元。 ??? 我國目前已有10條太陽能電池生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力約為4.5MW,其中8條生產(chǎn)線是從國外引進的,在這8條生產(chǎn)線當中,有6條單晶硅太陽能電池生產(chǎn)線,2條非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線。據(jù)專家預(yù)測,目前我國光伏市場需求量為每年5MW,2001～2010年,年需求量將達10MW,從2011年開始,我國光伏市場年需求量將大于20MW。 ??? 展望21世紀,世界太陽能電池市場將會繼續(xù)迅猛發(fā)展,世界太陽能電池園地將在新的世紀把能源世界點綴得更加春意盎然、美不勝收�！�(蘇月瓊) |
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