太阳能光伏发电材料调研报告

太阳能光伏发电材料调研报告

一．慨况

太阳能发电是指将太阳辐射转化为电能的技术。其中一类，是利用半导体pn结器件的光伏效应，把太阳能直接转换成电能，称为太阳能光伏发电。另一类，把太阳辐射转换成热能，再利用热能进行发电，称为太阳能热发电。

太阳能发电的历史，最早可追塑到19世纪末光电效应的发现，和其后1905年爱因斯坦所做的量子化解释。“太阳电池”(Solar Cells)一词出现在50年代初，1954年美国贝尔实验室研制出第一只扩散pn结单晶硅太阳电池，其转换效率达到6％．这是继晶体管发明之后，晶态固体理论结出的又一硕果．由于太阳能发电拥有无污染，安全，长寿命，维护简单，资源水不枯竭和资源分布广等特点，太阳能发电被认为是二十一世纪最重要的新能源．太阳屯池的发明，为人类空间科学技术的发展提供了一项重要的能源．从五十年代至今，太阳电池作为空间能源，起着不可替代的作用．空间应用首先要求电池的高效率(功率重量比)和可靠性，空间应用单晶硅太阳电池组件的效率(AM0)已从最初的a％提高到现在的

16-18%；近几年发展的高效砷化镓基系(GalnP／GaAs／Ge)叠层电池组件效率(AMO)已达

26-27％。

太阳电池的地面应用，长期受到价格昂贵的制约．它的发展大体可以分为三个阶段：

●起步：从70年代至80年代中期，世界光伏发电累积装机容量只有30MW左右，主要用于无电网地区和特殊场合作为独立电源系统。

●成长：80年代末一1996年在世界各国大规模国家光伏发展计划的推动下，世界光伏工业平均年增长率达到13%．在太阳电池效率不断上升的同时，随着制造规模的扩大，成本持续下降。

●大发展：1997年以后(2002年)，受到日、德、美等西方发达国家屋顶计划的刺激，世界光伏工业的发展加速，平均年增长率达到36％，发电方式也从离网应用发展到并网发电．目前世界光伏发电累积装机容量已经超过1500MW；太阳电池商用组刊：效率达到15--18％商用发电成本在o．15~0．25美元仟瓦时之间，在不少领域和地区已经具有相当强的竞争力。2002年世界光伏工业产量已达595 MWp，相当于]5亿美元，正在形成规模宏大的产业。

2002年8月Mr．HarryShimp(BPSolar总裁)宣称：世界最终将走向可再生能源．在20-25年后液态碳氢化合物的储量开始下降．我们现在正处于这样的一段时间窗口，从传统能源转变到可再生能源。

为了使光伏发电能够替代相当一部分传统能源，使能源结构发生重大的变化，成为二十一世纪最重要的基础能源之一，还需要光伏工业和技术有20-30年持续的加速发展．光伏界任重而道远．然而，只要不断引入新工艺，进行深入的基础研究，这是可以实现的．日本、欧洲和英国不同地区的市场开拓计划，增加了太阳电池的市场需求，光伏将长期保持高速度增长，即便有时由于经济环境的影响，暂时有些波动，也不会改变这一长期发展趋势．RoyalDutch／Shell认为，未来儿十年，将迎来可再生能源的高速增长．图1给山预计的从2000—2030年日本，欧洲、美国太阳电池装机容量的大幅度增长。

二．产业竞争

目前光伏工业已度过幼年时代，而进入羽翼串满的大规模工业生产．这一发展带来了机遇，也带来了风险，并伴随着激烈的竞争，燕井和集中。图2示出日本、欧洲、美国和整个世界光伏产量从1983年到现在呈指数式增长的情况，以及预计到2010年的发展趋势．世界光伏制造业和市场主要由美国、日本和德国所主导。世界十大光伏制造商中有8家来自这三个国家，2000年三国光伏安装容量约占世界的75％。

●美国的优势和日本的堰起

长期以来，美国的光伏技术和产量是相对领先的．美国先后发明了单晶硅太阳电池(美国贝尔实验室)、非晶硅太阳电池(美国RCA公司)、高效GaInP/GaAs叠层太阳电池(美国

可再生能源实验室，NREL)．从70年代中期起，美国高度重视新能源发展，提出了多个新能源发展计划．1986年以后，美国光伏产量一直保持每年20％的速度增长．然而，日本和欧洲在1997年后加速发展，日本的平均年增速达到52％，欧洲的平均年增述达到32％。

日本和欧洲先后在1999年和2002年左右赶上和超过美国。

欧盟联合研究中心、可再生能源局的Mr．AmulfJ~ger-Waldau评论指出：欧洲正在实现自己2010年的目标，尽管不那么雄心壮志．然而，如果日本、美国和欧洲目前这种光伏生产能力的增加趋势得以继续下去，而欧洲又没有做出额外的努力，那么，到2010年日本将在世界光伏市场上占支配地位，拥有超过75％的市场份额．

光伏产业的竞争趋势在所参与的公司之间袁现为产业的集中和兼并．图3示出光伏电池产量世界排名最大的10家公司所占的市场份额．他们总共占世界市场83％．在这10家公司中，日本有4家：Shap，Kyocera，Sanyo，Mitsubishi (EIectrio和Heavy)．其中Shap公司产量最大，占市场份额22％。

● Sharp公司

Sharp公司的发展是根典型的。Sharp公司1997年6月宣布，到1998年将建立20MW 生产厂，并且根据需求，还可扩大到150MW．2002年2月，又宣布2002财政年度末扩大到200MW．Sharp在1997年作上述宣布时，是引起怀疑的，因为它当时的生产能力只有51010MW ／年．然而，2001年Sharp销售达到75MW变成世界第一，占19％的份额，2002年7月23日Sharp在新闻发布会上宣布，生产能力达到148MW，完成了1997年预定的目标．日本光伏公司在实践自己宣布的时间表方面比较美国和欧洲公司更为可靠。

这种发展趋势将影响到中、小公司的生存和发展。如果大公司利用他们的成本优势向消费者提供更廉价的产品，消费者将买更多太阳电池系统，Pv市场将加速发展．为抵抗大公司的价格压力，小公司需要有自己的特色，或能提供更先进、更廉价的太阳电池技术．

PV工业的发展和评价的变化，还吸引了一些传统的重工业公司开始投资于太阳电池产业。如Mitsubishi Heavy 2002年秋建立了10Mwa-Si电池生产线．

现在，PV制造业已被日本工业界视为关键工业，提出日本不应向中国和亚洲其他国家转移。

三．美国、日本、欧盟PV工业路线图

3．1 羹国光伏工业路线图(2 0 O O—2 O 2 O)

美国PV工业路线图(图4，表1)的宗旨是帮助美国光伏工业取得成功——保持美国光伏技术在国际上的领先地位，使之成为主要的盈利力量。为此，

●计划要求PV产量保持25％年增长率。

●到2020年，PVL业年产?000MWp，其中3200MWp用于美国国内，并成为150亿美元／年的产业。图4为路线图计划的美国PV32．业的生产能力和产量的增长。

●同时，降低PV系统的终端用户成本(包括运行和维持费）到2010年3美元／瓦(Ac)，2020年1．5美元／瓦（AC)．

● 2030年满足10％美国峰电生产能力。25年内，美国PV工业提供15万人就业。

然而，美国PV工业路线图计划大部分PV产量用于出口．不像日本有一个加速膨胀的国内市场，这可能是美国为什么失去了保持多年的市场领先地位，而落后于日本和欧洲。而且，美国最大5家制造商(BPSolar，ShellSolar，AstroPower，ASE Americas和UnitedSolarSystems)中3家属欧洲公司。

在未来20年，为使美国PV工业发展为世界领先．计划要求国家实验室、大学和Pv。公司合作，遵循熟知的国家范例。PV计划帮助建立全国的努力，支持在基础和应用研究和发展(R&D)，制造技术(Manufacturing Technology)，系统工程和市场应用

(Systems Engineering&Applications)之间建立合作关系．参加的单位有；国家光伏中心(NCPV)相关国家实验室(NREL，Sandia,Bmokhaven)和来自美国40个州的180个领先PV公司、大学和单位。

美国PV公司完成合同，分担完成合同经费50％，集成研究成果和他们自身的努力，并应用于制造工艺和产品。工业界一般对基础、应用研究和发展(R&D)起支持作用，但当技术发展到制造利商业化阶段时，则以工业界为首。

美国大学同国家实验室和工业界紧密合作，从事先进的R&D，揭示基础科学现象，产生创新概念，为明天的PV科学和工程提供丰富的学习基地。

NCPV相关国家实验室(NREL，Sandia,Brookhaven)对PV界进行合同管理，提供技术支持，对材料和器件特性分析，研究基本概念，以及对材料、器件和工艺进行创新性研究。

国家实验室在技术发展早期阶段起领导作用，而技术接近商业化阶段时提供手段上的帮助。

研究计划联邦经费，由国会每财政年度拨款，经能源部光伏中心和NREL组织分配，将公司、大学和研究所统合在三个层次工作中：RAD；Manufacturing Technology；

Sys~msEngin~ring&Applications。联邦经费的分配，以1999年为例，在0．722亿美元的联邦支持经费中，三个层次各占47％，26％和27％．PV公司在R&D工作中占29％，而在制造技术和系统工程方面起支配地位。

过去10多年，美国花费17亿美元公共基金发展光伏技术．2001年美国支持PV计划4．7亿美元，其中联邦政府支持0．66亿美元．33个州采取了措施，促进PV发电公平联网。

目前，主要还是离网应用，市场潜力很大。联网PV近年来发展也很快．主要在传统电价高于4．5—7美元／W的15个州。美国Clinton总统1997年提出了PV系统百万屋顶计划，以促进户用PV联网系统的发展．从1997年以来，已安装了15万个产用PV系统。联邦政府和许多州，通过减免税收等促进PV联网系统的发展。然而，由于美国政治形势(如退出京都议定书等)，对百万屋顶计划缺乏专门的预算支持，所以它对美国Pv工业发展所起的加速推动作用不像在日本那样显著。

3．2日本光伏工业路线由 (2000—2030)

日本计划的基本目标是将新能源作为国家的能提供始．这是由1993年“新阳光计划”(NewSumhin~Project)确定的，“新阳光计划”是1974年第一次石油危机期间日本制定“阳光计划”的延续。在新阳光计划成功的基础上，2001年制定了”先进的PV发电计划(AdvancedPVGeneration)．优先考虐降低对进口石油的依赖(占日本能源消耗53％)和本在京都议定书(KyotoProtoc01)中减排温室气体的承诺(2008-2012年比1990年减排6％拟通过发展新能源、节能和核能来实现。然而，最近有些问题使核发电受到愈来愈大的反对日本温室气体排放同1990年相比，1999年增加了6．8％，估计2010年将增加7．4％。也就是说按京都议定书中减律温室气体的承诺，日本需要降低13. 4％的温室气体排放．在2010年使新能源供应占日本总能源供应的9．2％．

计划纲要提出45条措施(征收环境税等)，要求能源公司实现一定的新能源份额：自己建新能源发电或购买，以促进光伏发电和风力发电等可再生能源和节能技术的发展。

日本新能源计划的另一特点是提出明确的“繁荣市场”目标，为新能源发展提供依据。这是有竞争力的、成功的。如2000年计划在日本安装400MWp，基本实现了，只延后一年；2010年4.8SGWp的目标，从生产和市场的增长看，也将会实现．

日本提山第一个PV魔顶计剃(94-96年，7万户用)，每套(3.5—3.7 kWp)安装经费补贴50％。使成本从1994~g2百万日元／kWp降到1996年I百20万日元凡Wp。通过增加产量和PV建筑集成，1997-2001年平均系统的价格从l百万降低到75万日元kWp，虽然补贴率逐渐下降。到2010~30-50万日元/kWp，kWp价格目标也应当可以实现。日本还有一些地方政府增加额外补贴，PV系统增长速度明显加快．由于这一计划，日本到2001年底己安装PV系统441MWp，其中屋顶系统309MWp．为实现低成本PV系统的大规模生产，建筑公司起着重要的作用。

在日本每年建大约6万新楼，约50％PV系统是随新楼出售的。PV集成建筑的成本降低，使成本返问只需要]4-15年，而PV系统的寿命为20-25年，促进了市场的发展和公司投资。

经过NEDO计划30多年的PV发展，市场上只剃5-6家日本制造公司(Sharp，Kyocera Sanyo Electric， KanekaSolartech， MitsubishiHeavylndustries等)，集中形成了PV：工业相关产业链．几乎占世界生产能力的50％(200 MW)．2001年世界市场太阳电池销

售45％(176MW)在日本。这一份额还会上升。在对“新阳光计划”评价的基础上，日本NEDO 提出了30

年PVR&D和开发市场路线图(图6)．比较“新阳光计划”，参加单位减少。除增加产量外，更着重降低PV系统的成本，以30日元／Wp为目标。支持产业化、工业化技术(支持50％)和新PV技术的研究(支持100％)。包括：

(1)发展先进太阳电池组件：

● a-Si/μ-Si：Kanaka and Mitsubishi Heavy lndustries：2005年η=12％组件面积3600gmcm2；100Y／Wp(按照100MWp／年计算)

● CIS：Showa Shell Sakiyuki(玻璃衬底)and Matsushita Electric(不锈钢卷衬底）：2005年：η=13％，组件面积3600cm2；100元人民币／WP

●超高效化合物电池Galnp／GaAs 3结叠层电池，目前效率32%．聚光电池：

Sharp(cell)， Daido Steel(module；concentrator)andDaidoMetal．2005年：η

=40％;1OOY／Wp

●多晶Si电池：KawQkiSteel，SumitomoMe山，Sharp，支持太阳能级硅的研

究， 2003 年：η=13％ 15×15cm2；147元人民币/WP

● CdTe：停止

(2)发展评价，再循环和其他系统构成技术：AIST,JET， Sharp，ShowaShell，Asahi Glass，

AIST,PVTE

(3)新一代PV系统

●电镀CulnS2薄膜电池：Sinko Electric

●纳米结构Si薄膜电池：AISt Kyushu Uniersity, Toppan

Printing Stanley, Nippon SheetGlass

● SIGe基电池：TohokuUniversity

●固态染料敏化电池：University of Tokyo，RITE，TIT

●低成本制造工艺CAT-CVD：JAISt Osaka University， GifuUniversiyβ-FeSi2电池：System Engineers，AIST

●超效率限制：Asahi Glass

● si球电池：Clean Venture21(Hamakawa,Wada,Matsushita Electric)

●低成本、高效率染料敏化电池：AiSt Sumitomo Osaka Cemen, Furukaw Macninery,

HaYashibara，Biochemicai Lab，Sharp

3．3欧盟光伏工业路线图

欧盟的白皮书“EnergyfortheFuture；Renewablesources Of energy”和绿皮书“Towardsa European strategy for the security of energy supply”提出的目标是，为达到京都议定书(Kyoto Protoc01)中减排温室气体的要求和减少对能量进口的依赖，总能量消耗的12％和电能的22％必须由可再生能源产生，如图7中的红线所示．应当承认，欧盟在可再生能源的利用和环境保护方面的进展，是世界领先的。

欧洲议会将在2004--2006每年10月发表评估报告．到2010年光伏系统总安装生产能力达到3000MW，为1995年100倍．图8示出欧盟可再生能源发电量的增长(1997--2010年)，主要PV公司有：lsofoton， RWESolar， Photowati， Eurosolare~．

欧洲国家之间光伏市场条件差别很大，类似于美国各洲，从而各国采取不同措施促进其发展．如德国计划2003年完成10万屋顶计划(减息贷款)：2000年颁布可再生能源法案；实施投资补贴，对新PV系统减少关说5％。2001年德国安装PV系统75MWp，相当于世界市场20％，成为最大的进口国。 RWE Solar和Deutsche Cell新增加的生产能力可以弥补这一情况。到2002年8月10日KfW银行宣布还有41 MW PV系统新贷款。德国联邦议会财经委员会支持将太阳电池系统安装计划从350MWp增加到1000MWp。

意大利提出1万屋顶计划，实施经费补贴。屋顶PV系统联网，以促进集成建筑应用。

2001年欧盟销售93．7MW，占世界市场23．6％。除晶体硅外，还发展薄膜电池。继日本公司成功发展a-Si电池后，也开发窄带隙材料，发展a-Si／μc-Si叠层电池。到2020年，欧盟计划将安装太阳发电54GW，提供290 000就业机会。实现这些发展的条件是，太阳发电可以公平的进入电网。

四．第二代太阳电池——薄膜太阳电池

2001年世界光伏工业产量为396MWp，其中约85％源自晶体硅电池(所谓第一代太阳电池)．晶体硅屯池效率高、寿命长、投资风险小。今后，除发挥规模效益外，捉高效率、降低成本仍然是晶体硅电池组件研发的重要课题。如发展：廉价的太刚能级硅衬底：非晶硅/多晶硅异质结构(HIT)；陷光结构：以及等离子，吸杂，快速热处理等低成本工艺。

然而，问题是如要保持高速增长，廉价的太阳能级硅材料是否供应得上。如果假定光伏电池年增长率为27％，到2010年晶硅电池达到1500 MWp／年，需要12000吨硅材料，相当于现在世界硅总产量的一半。

薄膜光伏电池(所谓第二代太阳电池)工艺，经过多年的研究利发展，现正从试生产线转变到工业规模．主要包括非晶硅(a-Si)，碲化镉(CdTe)和铜铟(镓)硒(Cl(O)Se)。

这些薄膜电池，不用硅片做原材料(>300微米厚)，而是在玻璃等廉价衬底上沉积压微米到微米量级的半导体有源层，因此可望大幅度降低材料成本。薄膜电池在制造上还有很大优点，它采用低温工艺，成目倍增加电池制造面积(从硅片约100平方厘米增加到玻璃基片1平方米)．随着PV市场的扩大，薄膜光伏电池的增长会加速。多种迹象表明，年产50 MWp的薄膜光伏电池生产线不久将实现．然而，为在2010年达到50％的光伏产量份额，薄膜光伏电池必须年增长40％。

非晶硅电池

薄膜光伏电池中，非晶硅基系电池发展比较成熟．从80年代规模试生产以来，经过材料性能和器件结构的改进，从单结a-Si到a-Si／a-SiGe叠层，再到a-Si／pc-Si(微晶硅)叠层，非晶硅基系电池组件的稳定效率已达到10％。

例如日本KanekaSolarteeh发展非晶硅电池有20多年了。1999年达到规模生

产。该公司Yvanamoto发现，可在200℃淀积a-S／μc-Si叠层屯池，申请了专利。而以前的一些重，专利(a-Si：Hsolarcell，Carlson，RCAl976；pina-Sisolarcell，Hamakawa，OsakaUniv．1978；Illlt~aleda-Sisolarcell，Kuwano,Sanyo 1979和a-SiC／a-Si heterojunction solarcell。Tawada．KANEKa1981)到2002年到期，所以a-S／μc-Si叠层电池有重要的经济前景。

按40Mwp／年计算，这种a-S／μe-Si叠层电池的成本为晶体硅(c-Si)电池的1／2．现在Kaneka生产能力达到25MWp／年，2002年出口15MWp． 2003年起将要增加到40MWp。

Kaneka生产的a-Si组件效率为8％，20年之内效率保有80％以上。 2001年Kaneka 生产的a-S／pc-Si叠层屯池效率1O．5％，1O年之内保证效率不低于9．8％。该公司计划：

●2005年，a-S／μc-Si叠层组件效率12％，系统价格1百20万日元／3kWp。2006年，a-S μc-Si叠层组刊：效率13％，系统价格1百万日元/3kWp．

● 2010年，a-S／μc-Si叠层组件效率16％，系统价格60万日元门kWp．值得注意的是，叠层电池的效率取决于所接受的太阳光谱．在标准太阳模拟2S条件下测试a-S／μc-Si叠层组件(3738em2)效率11.57％，功率输出43．24W：而在Otsu Shiga户外ft=31．80)测试效率12．3％，功率输出46．0W。

~itsub}abi Heavy lndustriee新进入PV．]2业。计划2002年秋投产a-Si电池10MW ／年。Mitsubishi的a-Si单结电池效率8％ (初始效率10％，约3—4月后光致退化趋于饱和，稳定效率8％)．长期在JQA户外实验表明，稳定效率不变，寿命可达20—25年． Mitsubishi正利用μc-Si／a-Si叠层结构改进效率达到12％，Mitsubishi组件有50—looV高电压，功率输出24--100Vp。

日本NEDO计划Kaneka Sola-tech和Mitsubishi Heavy lndustries 2005年a-Si ／μc-Si叠层电池η=12％，组件面积3600em2；100日元／Wp (按照1OOMWp／年计算)．

Sanyo Eleotrio在1975~始研发a-Si太阳电池。 1980年规模生产a-Si电池应用于计算器等，目前Sanyo的a-Si组件生产能力为5MWp年。

美国United Solar SystellaS公司是Energy Conversion Devices，Inc,(EC0)和N．V．Bekaer S．A(BESS Europc)合资经营的。2001年销售3．8 MW不锈钢柔性衬底a-Si ／a-SiGe／a-SiGe三结叠层电池．目前年产5MW．2002年6月24日开典的新厂年产30MW．

生产线是高度自动化的，可同时在6卷不锈钢上淀积非晶硅，每卷不锈钢长1．5

英里．铜锗硒电池

CIS电池组件具有比较高的转换效串和稳定性，实验室效率达到18,8％。现己开始小规模试生产．如美国Shell Solar拥有世界第一条CIS薄膜电池生产线，组件效率11％．2001年销售CIS组件0．4MW。日本计划：2005年，玻璃村底 (Showa Shell Sekiyuki)和不锈钢卷衬底 (Matsushita

Electric)CIS电池组件面积3600cm2η=13％，组件成本100日元／Wp(按照100MWp年计算)．还计划发展电镀CIS薄膜电池(Shinko Electric)．

●碲化镉电池(CdTe)

CdTe薄膜电池组件效率达到9％，实验室效率达到16,4％．美国First Solar建立了5MW／年生产线，并酝嚷用快速热蒸发技术扩建100Mw／年生产线。由于cdTe电池效率较高，生产技术比较简单，美国NREL薄膜光伏计划中包含了CdTe电池项目。

然而，Cd足有毒组分元素，日本NEOO在新光伏计划中己停止了CdTe电池项目．去年欧盟已禁止含Cd的电子元器件进口．所以，去年日本松下电器公司的一条计算器用CdTe 电池组件生产线已停产．

总之，对CdTe电池的前景，看法不一，见仁见智。对于CdTe电池毒性问题，美国有专家认为，生产过程中的污染已经解决．电池产品散布污染问题，可以通过回收破损电池来解决。而澳大利亚UNSW的M．Green教授认为：利用毒性材料的电池技术，不管它有多少

优点，终将在商业竞争中桩淘汰，而代之以对环境友好的工艺．最近，国际绿色和平组织给美国California能源当局的一份通报显示了该组织对PV毒性问题的关切。通报指出，“有许多PV技术术(CdTe电池除外)对环境都没有什么不利影响，可以满足Califomia能源当局的投标要求”。有些公司对此问题已有所洞察，据报道Matsushffa公司将停止COTe屯池组件：的生产。

五。第三代太阳电池

在第二代太N1电池的基础上，将会发展第三代光伏太阳电池．M．Green教授提出，它们应当拥有以下的特征，薄膜化、高效率(高于单结电池的效率)、源材料丰富和无毒性。

从热力学观点看来，太阳电池Carnot极限效率可高达95％．考虑到辐射捐失及转换过程的不可逆性，得到Landsberg极pd效率为93 3％。考虑到吸收刚光过程中墒的增加，极限效率为86。8％．这也就是无限多结叠层电池的理论效率。对于单结太阳电池，Shockley-Quelsser极pH效率为40．7％．这些理论计算结果表明，太阳电池效率的提高还有很大的潜力。如S[和GaAs单结电池员高效率现达到27％左右，为理论极限效率的66％。

可望实现第三代太阳电池效率的途径包括：多阈值2S什，如叠层电池，多带光伏电池：量子倍增器什，如碰撞离化，光子下转换；热载流子电池；热方法，如热离化，热光伏电池等．下面介绍几项相关的研究进展。

叠层电池

将不同能带隙的电池，依带隙的宽窄顺序，从上到下叠放在一起，可构成叠层电池。如果叠层数目足够大．电池的极限效率可达86．8％。然而，为避免操作的复杂性，叠层：电池通常具有电流匹配的串联结构。这种限制降低了可获得的效率。而且，使得叠层电池对于太阳光谱的构成非常敏感。

双结和三结GalnP／GaAs／Ge：U池已广泛应用于空间科学，其地面效率己达30％。目前正在发展效率近40％的四结电池．其聚光电池组件，成本与薄膜电池相当，具有广阔的地面应用前景。

三结叠层a-si／a—SiGe：H薄膜屯池稳定效率已达12％。但地球上Ge元素是不丰富的。Kaneka公司发展的a-Si／μc—Si叠层屯池似乎更具有工业应用前景。

上转换和下转换

对于单带隙太阳电池材料，限制屯池效率的因素主要有两个。一是能量低于带隙的光子不能被有效吸收；二是能量远高于带隙的光子一般也只能激发山一个屯子空穴对，经过热驰豫释放出多余能量后，以略低于带隙的能量被收集。因此，提高电池效率就是要把不能被有效吸收的低能光于和能量远高于带隙的高能光子的能量充分利用起来。

如果高能光子激发的高能电子空穴对不是将能量驰豫给晶格，而是激发山多个电子空穴对，即产生碰撞离化，那么就可以大幅度提高电池的效率。目前，己观察到碰撞离化效应，包倍增效率只略大于一．

上转换和下转换是一种有效的光子能量转换技术，在光屯子领域已得到实际应用。上转换是将两个低能光子通过一个中间能级激发为一个高能光子。而下转换正相反。下转换器置于电池的正面，对于入射的低能光子基本上是透明的，而且能发射出高密度的低能光干，从而提高了电池性能，只要辐射效率超过50％。上转换器置于屯池的背面，俘获次带隙光子后转换并发射高能(火于带隙)光子，不影响电池正常操作。只要有百分之儿的辐射效率就可显著改善屯池性能．对于中间能级的耦合也没有苛刻的要求，这就大大改善了上转换的效率．

多能带电池

标推电池材料的光伏效应基于：载流子在价带和导带之间的激发。最近的分析表明，在带隙中引入第三个带或N个带会扩大吸收长波光于的能量范闹。这第三个带可以是在宽带隙半导体中引入的稀十杂质带，或某些多量子阱结构。N个带电池的极限效率为86．8％。值得指出，第三个带的引入不应带来额外的复合损失。

热光伏

热光状是光伏技术的一个分支。它利用一个热源(而非太阳)作为光源。又称为热光子技术("thcrmophotonics")。这种技术特别适用于燃料电池和废热利用。在转换太阳光时，与一个吸热体相结合，其极限效率可达85．4％。

纳米结构薄膜电池

染料敏化Ti02纳米薄膜电池；纳米si镶嵌构薄膜电池等。

六．展望——它山之石，可以攻玉

作为在我国光伏领域国家研究所工作的一名科研人员，我想对中国PV32业发展计划提一些看法和建议。

1．我国PV工业发展计划的宗旨应当是，将我国光伏工业发展成规模宏大的产业，以逐步改变我国能源结构。为此，全国需要有统一的国家新能源(包括光伏发电)发展规划，统一的新能源指导和管理机构，统一的管理每年经费的公平，竞争分配。

2．“以市场为导向”是新能源和可再生能源产业发展规划的指导思想(见

2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点)．为此，要将光伏企业作为国家规划光伏工业发展的主体，而国家研究所和大学主要起帮助作用．

●提出光伏工业具体市场规划、项目和规模。

●在发展制造技术上光伏企业起主要作用(国家支持50％经费)

●光伏企业同样参加承担研究和发展项目的申请和竞争(国家支持100％经费)

国家研究所和大学在光伏发电领域如何起帮助作用，美国“新千年光伏计划”的一些做法可供参考：

“美国大学同国家实验室和工业界紧密合作，从事先进的R&D，揭示基础科学现象，产生创新概念，为明天的PV科学和工程提供丰富的学习基地。”

“美国国家PV中心相关国家实验室(NREL，Sandia Bmokhaven)对PV界进行合同管理，提供技术支持，对材料和器件特性分析，研究基本概念，以及对材料、器件和工艺进行创新性研究。国家实验室在技术发展早期阶段起领导作用，而技术接近商业化阶段时提供手段上的帮助。”

3．我国光伏工业，将像家电业和汽车业一样，面临大发展、或更大发展的机遇。我国太阳舱光照资源丰富，有近6000万无电缺电人口，光伏集成建筑联网发电在我国几平还是空白，我国光伏工业发展前景十分广阔。同时，我们还应当凭借我国在劳动密集型产业上的优势，参与国际光伏市场的竞争，占据相当的份额．

近两年来在国家实施西部大开发战略和“光明工程”的推动下，中国光伏工业保持了较快的增长势头，可以预计，我国光伏工业也将迎来长期的指数式增长。如果我们按保守的估计，假定今后我国年增长率为32％，与欧盟的相当，低于日本的52％年增长率，而高于英国的20％年增长率，那么我国的光伏生产能力将达到；

● 2010年140 MWp；（2003年20MWP)

● 2020年2240 MWp；

● 2030年36000MWp．

这一目标应当是可以实现的。

4.知识产权

前面提到Kanaka公司对知识产权的重视，在建大规模a-Si／he-Si生产线之前，首先考察专利权的状况。这确是明智之举。美国在90年代初期，围绕非晶硅电池曾发生了严重的知识产权之争，导致美国AdvancedPhotovoltaicSystem公司(Chronar公司)新建的当时世界上最大的10MWp非晶硅电池生产线关闭和公司倒闭(1994年)。我们要引以为戒，特别是在形成生产规模，日显效益的时候。

5．技术发展的重点，包括：

●高效低成本晶硅电池

●薄膜电池

● PV建筑集成和联网技术

●太阳能制氢

●太阳能制淡水

6．新一代PV系统