电力行业：太阳能发电产业发展前景广阔 2

二、太阳能利用和太阳能电池

　　1、太阳能的利用截至目前，我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。光电转换（即光伏发电）的原理是利用半导体界面（硅材料或其他材料）的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其优点是较少受地域限制，还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。

　　光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。光伏发电系统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统：独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要蓄电池来存储能量，在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充。

　　2、太阳能电池太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，根据所用材料的不同，可分为硅系太阳能电池和非硅太阳能电池两大类。硅系太阳能电池应用广泛，技术相对成熟，几乎占据了全部太阳能电池市场。非硅太阳能电池包括多元化合物太阳能电池；功能高分子材料太阳能电池；纳米晶太阳能电池等，这些材质的电池多处于实验室研发阶段，尚未规模应用。

　　（1）硅系太阳能电池硅系太阳能电池包括单晶硅电池、多晶硅薄膜电池和非多晶硅薄膜电池。其中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上形成的，具有最高的转换效率（光电转换率可以达到23%），在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位。但是，通常的单晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片由硅锭锯割而成，消耗的硅材料较多。因此，受硅材料价格持续上涨影响，单晶硅电池成本居高不下，阻碍了其大规模发展。为了节省高质量的硅材料，现在各国均在寻找单晶硅电池的替代产品，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池是较好的选择。

　　制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅材料较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且可以在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，且光电转换效率可以达到17%，经济效益较好。可以预见，多晶硅薄膜电池将会取代单晶硅电池，成为太阳能电池市场中的主要品种。

　　非晶硅薄膜太阳能电池于20世纪70年代中期开发成功，80年代其生产曾达到高潮，约占当时全球太阳能电池总量的20％左右，但由于非晶硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池，而且非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点（光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减），其发展速度逐步放缓。目前，非晶硅薄膜太阳能电池产量约占全球太阳能电池总量的12％左右。非晶硅薄膜太阳能电池更少的使用硅材料，成本低，便于大规模生产，而且近期在转换效率方面也有较大突破：最优技术下的第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到了13％，缩小了与多晶硅电池在转换效率上的差距。因此，在硅材料价格持续上涨的背景下，非多晶硅重新得到人们的重视。我们认为，非晶硅太阳能电池仍然有着巨大的发展潜力，未来将成为太阳能电池的重要组成部分之一。

　　（2）非硅太阳能电池非硅太阳能电池包括多元化合物太阳能电池；聚合物多层修饰电极型太阳能电池；纳米晶太阳能电池等。多元化合物薄膜太阳能电池主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。其中，硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，也可以大规模生产，但是，金属镉有剧毒，会对环境造成严重污染，因此，目前镉系太阳能电池并不适合大规模生产。

　　聚合物多层修饰电极型太阳能电池的工作原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成单向导电装置。这种电池的优点是有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等，但是，其使用寿命和电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。因此，聚合物太阳能电池能否发展成为具有实用意义的产品，还有待研究。

　　纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是目前学术界研究的重点方向之一。纳米晶TiO2工作原理是：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。纳米晶TiO2太阳能电池的优点是成本低（制作成本为硅太阳电池的1/5－1/10）、工艺简单、稳定好。但是，其光电效率在10%左右，低于非晶硅电池，而且此类电池的研究和开发刚刚起步，能否产业化尚待观察。