光伏技術

光伏技術是指可直接將太陽的光能轉換為電能的技術，用此技術製作的光伏電池使用方便，特別是近年來微小型半導體逆變器迅速發展，促使其套用更加快捷。美、日、歐和開發中國家都制定出龐大的光伏技術發展計畫，開發方向是大幅度提高光伏電池轉換效率和穩定性，降低成本，不斷擴大產業。目前已有80多個國家和地區形成商業化、半商業化生產能力，年均增長達16%以上，市場開拓從空間轉向地面系統套用，甚至用於驅動交通工具。據報導，全球發展、建造太陽能住宅（光電池作屋頂、外牆、窗戶等建材用）投資規模為600億美元，而到2005年還會再翻一倍達1200億美元，光伏技術製作的光伏電池有望成為21世紀的新能源。

基本介紹

• 中文名：光伏技術
• 年均增長：16%以上
• 投資規模：600億美元
• 生產能力：5.5MW/a

材料與產業

以下按其材料分類，展示光伏技術、產業及市場發展動向。

晶體矽光電池

晶體矽光電池有單晶矽與多晶矽兩大類，用P型（或n型）矽襯底，通過磷（或硼）擴散形成Pn結而製作成的，生產技術成熟，是光伏市場上的主導產品。採用埋層電極、表面鈍化、強化陷光、密柵工藝、最佳化背電極及接觸電極等技術，提高材料中的載流子收集效率，最佳化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉換效率有較大提高。單晶矽光電池面積有限，目前比較大的為Φ10至20cm的圓片，年產能力46MW/a。目前主要課題是繼續擴大產業規模，開發帶狀矽光電池技術，提高材料利用率。國際公認最高效率在AM1.5條件下為24%，空間用高質量的效率在AM0條件約為13.5-18%，地面用大量生產的在AM1條件下多在11-18%之間。以定向凝固法生長的鑄造多晶矽錠代替單晶矽，可降低成本，但效率較低。最佳化正背電極的銀漿和鋁漿絲網印刷，切磨拋工藝，千方百計進一步降成本，提高效率，大晶粒多晶矽光電池的轉換效率最高達18.6%。

非晶矽光電池

a-Si（非晶矽）光電池一般採用高頻輝光放電方法使矽烷氣體分解沉積而成的。由於分解沉積溫度低，可在玻璃、不鏽鋼板、陶瓷板、柔性塑膠片上沉積約1μm厚的薄膜，易於大面積化 （0.5m×1.0m），成本較低，多採用p in結構。為提高效率和改善穩定性，有時還製成三層p in 等多層疊層式結構，或是插入一些過渡層。其商品化產量連續增長，年產能力45MW/a，10MW生產線已投入生產，全球市場用量每月在1千萬片左右，居薄膜電池首位。發展集成型a-Si光電池組 件，雷射切割的使用有效面積達90%以上，小面積轉換效率提高到14.6%，大面積大量生產的為8-10%，疊層結構的最高效率為21%。研發動向是改善薄膜特性，精確設計光電池結構和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態，以求得高效率和高穩定性。

多晶矽光電池

p-Si（多晶矽，包括微晶）光電池沒有光致衰退效應，材料質量有所下降時也不會導致光電池受影響，是國際上正掀起的前沿性研究熱點。在單晶矽襯底上用液相外延製備的p-Si光電池轉 換效率為15.3%，經減薄襯底，加強陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法製備的轉換效率約為12.6-17.3%。採用廉價襯底的p-Si薄膜生長方法有PECVD和熱絲法，或對a-Si：H材料膜進行後退火，達到低溫固相晶化，可分別制出效率9.8%和9.2%的無退化電池。微晶矽薄膜生長與a-Si工藝相容，光電性能和穩定性很高，研究受到很大重視，但效率僅為7.7%。大面積低溫p-Si膜與-Si組成疊層電池結構，是提高a-S光電池穩定性和轉換效率的重要途徑，可更充分利用太陽光譜，理論計算表明其效率可在28%以上，將使矽基薄膜光電池性能產生突破性進展。

銅銦硒光電池

CIS（銅銦硒）薄膜光電池已成為國際光伏界研究開發的熱門課題，它具有轉換效率高（已達到17.7%），性能穩定，製造成本低的特點。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價襯底上分別沉積多層膜而構成的，厚度可做到2-3μm，吸收層CIS膜對電池性能起著決定性作用。現已開發出反應共蒸法和硒化法（濺射、蒸發、電沉積等）兩大類多種製備方法，其它外層通常採用真空蒸發或 濺射成膜。阻礙其發展的原因是工藝重複性差，高效電池成品率低，材料組分較複雜，缺乏控制薄膜生長的分析儀器。CIS光電池正受到產業界重視，一些知名公司意識到它在未來能源市場中的前景和所處地位，積極擴大開發規模，著手組建中試線及製造廠。

碲化鎘光電池

CdTe（碲化鎘）也很適合製作薄膜光電池，其理論轉換效率達30%，是非常理想的光伏材料。可採用升華法、電沉積、噴塗、絲網印刷等10種較簡便的加工技術，在低襯底溫度下製造出效率12%以上的CdTe光電池，小面積CdTe光電池的國際先進水平光電轉換率為15.8%，一些公司正深入研究與產業化中試，最佳化薄膜製備工藝，提高組件穩定性，防範Cd對環境污染和操作者的健康危害。

砷化鎵光電池

GaAs（砷化鎵）光電池大多採用液相外延法或MOCVD技術製備。用GaAs作襯底的光電池效率高 達29.5%（一般在19.5%左右），產品耐高溫和輻射，但生產成本高，產量受限，目前主要作空間電源用。以矽片作襯底，用MOCVD技術異質外延方法製造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。

其它光電池

InP（磷化銦）光電池的抗輻射性能特別好，效率達17-19%，多用於空間方面。採用SiGe單晶襯底，研製出在AM0條件下效率大於20%的GaAs/Si異質結外延光電池，最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs結構的異質外延光電池在不斷開發中，控制各層厚度，適當變化結構，可使太陽光中各 種波長的光子能量都得到有效利用，GaAs基多層結構光電池效率已接近40%。

光伏測試技術

作為光伏技術的重要組成部分，光伏測試和質量認證日益為光伏技術開發人員關注。

光伏測試技術主要是針對IEC、UL以及各國家行業標準的要求對特定的光伏產品性能做相應的測試，以證明其滿足性能和安全要求。主要的測試標準有晶體矽類的IEC 61215，薄膜組件的IEC 61646，聚光光伏的IEC 62108，美國標準UL 1703，中國標準GB 9535。主要的測試項目包括電性能測試、環境老化測試、機械性能測試、防火等安全測試等。

中國光伏測試網針對光伏產品及原材料的測試、認證領域的資料查詢和測試分析、測試方法有專門的版塊。

技術展望

國內自1958年起研究光伏技術，目前正加速發展光伏技術，完善、提高及套用開發a-Si 製備技術，約有30個科研單位和10個生產廠，生產能力超過5.5MW/a。由於受市場及材料問題的困擾，生產成本高，實際產量只有1.5-2MW/a。在2001-2020年，擬實施光伏電源推動計畫，發展戶用光伏（50W）、小型光伏（10-0KW）、特種光伏系統和聯網光伏電站規劃，以市場帶動技術發展。

人類生活的衣、食、住、行都離不開能源，開發新能源的光伏技術已成為國際上熱門課題，每年都有大型國際性會議研討光伏技術，MW級中、大型光伏電站正在全球建設和發展，10MW級的也已建成投產。展望21世紀，效率高、成本低的薄膜化光電池將占光伏技術的主導地位，附有太陽光發電系統的住宅將會逐漸普及，二十年代有望在空間建造太陽能電站，用微波或雷射等電能傳輸技術將電能送到地面供電。有專家建議在各大洲建立大型光伏發電站，用超導電纜連線成全球性太陽能發電廠超導聯網系統，使供電不受晝夜變化影響，迎來一個光伏技術的新時代。

推動光伏技術

由西班牙加泰羅尼亞能源研究所(IREC)科研人員領導的，由歐盟7個成員國西班牙、法國、德國、匈牙利、義大利、盧森堡和英國，以及瑞士科研機構科技人員廣泛參與的研發團隊，並積極吸引歐盟太陽能光伏電池工業企業如設備製造、工業生產、安裝服務和運營管理等，整個生產套用價值鏈工程技術人員的加入。組成的太陽能光伏電池技術SCALENANO研發團隊，旨在利用新型納米材料技術，提高光伏電池的能效和光電轉換效率，開發出低生產成本、高性價比和適應市場需求的新型太陽能光伏電池技術。