太陽能光伏技術沿革-深圳貝爾總裁宋東

1、 本文由貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 太陽能光伏技術的變革及發(fā)展 1839 年，人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)光電轉換的物理現(xiàn)象光伏效應。1959 年，第一個光電轉換效 率為 5%的多晶硅太陽能電池問世；1960 年，硅太陽能電池發(fā)電首次并入常規(guī)電網(wǎng)；1975 年，美 國科學家制作出非晶硅太陽能電池；上世紀 80 年代初，太陽能電池開始規(guī)?；a(chǎn)。 上世紀 90 年代以來，在能源危機和全球氣候變暖的壓力下，隨著各國對太陽能電池研究的 不斷重視，科研和產(chǎn)業(yè)投入不斷增加，取得了一系列的科研成果，太陽能電池效率的紀錄不斷被 刷新， 奠定了規(guī)?；I(yè)生

2、產(chǎn)的技術基礎。 全球的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)就此以一個朝陽產(chǎn)業(yè)的面貌高 速成長。 目前太陽能利用技術主要有太陽能熱電技術、太陽能熱水技術、太陽能光伏技術三大技術。 它們是太陽能的不同利用方式。 太陽能熱水技術通常利用太陽熱能為家庭及建筑提供熱水， 使用 方便、成本低，但能量利用形式單一，也不能傳輸。目前我國太陽能熱水器的應用規(guī)模已居世界 首位。太陽能熱電技術是將太陽能聚集起來，驅動汽輪發(fā)電機生產(chǎn)電能，如塔式發(fā)電、碟式發(fā)電 等。太陽能熱電目前尚處于商業(yè)化前夕，而且投入成本太大。 太陽能光伏技術利用半導體器件的光伏效應原理， 是近年來發(fā)展最快、 最有活力的可再生能 源利用技術。 目前全球主要國家都把發(fā)展光

3、伏發(fā)電作為利用太陽能的主要形式。 隨著太陽能電池 成本的降低和轉換效率的提高，它作為太陽能利用的主要形式的趨勢將越來越明顯。 太陽能電池技術擁有豐富的應用空間 太陽能產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)“淘金熱” 太陽能產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)“淘金熱” 回顧太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，在 2000 年以前可認為是“早期開發(fā)”階段，當時雖有多家廠 商投入，但因為技術開發(fā)和商業(yè)環(huán)境還不成熟，僅有少數(shù)公司能夠維持。而從 2000 年到 2005 年間，是“初期獲利”階段，一些公司能夠幸存并開始獲利。隨著能源問題的升溫，現(xiàn)在的太陽 能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了“淘金熱”階段，許多企業(yè)開始積極投入。 目前，太陽能電池主流產(chǎn)品仍然是晶硅太陽能電池，其研究開發(fā)的重點圍

4、繞降低能耗、降低 每瓦生產(chǎn)成本、提高轉換效率等方面，以進一步推進太陽能發(fā)電大規(guī)模商用的進程。 1.新一代多晶硅工藝技術研究空前活躍 降低成本和能耗除通過傳統(tǒng)工藝技術升級外， 還涌現(xiàn)出了幾種專門生產(chǎn)太陽能級多晶硅的 新工藝技術，主要有：改良西門子法進一步降低成本；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度 SiO2 直接制取法；熔融析出法；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術，AlSi 溶體低溫制備太陽 能級硅；熔鹽電解法等。 2.繼續(xù)向高效化、薄型化和大面積方向前進 A轉換效率越來越高：14%18%20%； B硅片的面積越來越大： 從 103mm×103mm125mm×125mm156

5、mm×156mm（目前 主流），未來兩年將達到 210mm×210mm； C硅片越來越薄：300m270m210m180m。100m 厚度的工藝正在研發(fā)。 3.生產(chǎn)設備由半自動化向自動化、智能化過渡 A提高單機自動化水平，增加批次裝片量，提高單機生產(chǎn)效率； B生產(chǎn)線設備間自動傳送、在線檢測，提高整線生產(chǎn)率。 未來 5 年的主力 為了適應太陽能電池高效率、低成本、大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的需要，最有效的辦法是不采用晶硅 體材料，而直接采用薄膜材料，即開發(fā)薄膜太陽能電池。20 世紀 70 年代開始，國際上發(fā)展了許 多類型的薄膜太陽電池，例如：CuInSe（CIS）、CdTe 薄膜和有機薄

6、膜等。 薄膜太陽能電池具有安全、可折疊、方便連接、輕巧、抗熱性能好、不易破損等特點。目前 規(guī)模生產(chǎn)的薄膜非晶硅太陽能電池的轉換效率已達 8% 左右，CIS 的轉換效率已達 10%11%， 實驗室轉換效率超過 20%。 目前，世界上至少有 40 個國家正在開展低成本、大面積、高效率的薄膜太陽能電池的實用 化技術研究。隨著技術的不斷成熟，薄膜太陽能電池必將超過晶硅太陽能電池。 圍繞降低生產(chǎn)成本、降低能耗，提高光電轉換效率、提高能源再生比例等問題，新型太陽能 電池正不斷涌現(xiàn)。例如：量子點太陽能電池、量子阱太陽能電池、染料敏化電池、熱光伏電池及 有機薄膜太陽能電池等。 晶硅太陽能電池比較 中國太陽能電

7、池技術仍存發(fā)展空間 經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在太陽能電池硅材料生產(chǎn)、電池和組件生產(chǎn)、專用設備等方面取得很 大進步。多晶硅提煉技術取得很大進步，單位能耗得到降低，晶硅太陽能電池制作技術已經(jīng)達到 國際先進水平。 國產(chǎn)的晶硅太陽能電池及組件生產(chǎn)線關鍵設備取得很大進步， 8 英寸擴散爐、 如 等離子刻蝕 機、低溫烘干爐、高溫燒結爐，清洗機、層壓機等相繼在國內生產(chǎn)線上替代進口設備得到廣泛應 用。在 973、863 等高科技計劃的支持下，我國在碲化鎘和銅銦硒薄膜電池、敏化太陽能薄膜電 池、多晶硅薄膜電池以及應用系統(tǒng)方面取得了很大的科研進展。 我國薄膜電池產(chǎn)業(yè)化步伐也在加快。無錫尚德在上海成立薄膜太陽能研發(fā)中心

8、，預計 2009 年產(chǎn)能可達 50MW；河北新奧引進全球領先水平的 Sunfab 薄膜太陽能電池全套自動化生產(chǎn)線； 保定天威與設備廠商 Oerlikon 簽訂購買薄膜太陽能模塊生產(chǎn)線設備合約； 南開大學正在福建泉州 合作開發(fā)非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術。 盡管我國太陽能電池技術取得了較大進展，然而與國際先進技術相比，仍有很大差距，主要 體現(xiàn)在以下三點： 1.多晶硅提煉技術與先進水平有很大差距 多晶硅材料的生產(chǎn)技術長期以來掌握在美、日、德等國家中，形成了對我國的技術封鎖、市 場壟斷的局面。目前國際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。 其中改良西門子工藝生產(chǎn)的多

9、晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的 80%，短期內產(chǎn)業(yè)化技術壟斷封鎖 的局面不會改變。與國際先進水平的差距主要體現(xiàn)為能耗高、純度低、原材料利用率低等。 2.薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化和應用技術有很大差距 與國外先進技術相比，我們目前存在的主要問題是：對薄膜電池技術研發(fā)投入不足，對其發(fā) 展前景認識不足， 缺乏自主技術創(chuàng)新， 特別是規(guī)模生產(chǎn)技術。 與國外相比， 產(chǎn)業(yè)發(fā)展遲緩。 目前， 國外多家公司已經(jīng)開始規(guī)模生產(chǎn)薄膜太陽能電池， 而國內只有尚德、 保定天威等少數(shù)企業(yè)開始產(chǎn) 業(yè)布局。 3.晶硅電池高端設備和薄膜電池制造設備有很大差距 美國、歐洲、日本等國先進設備的特征為產(chǎn)能高、自動化程度高。同這些設備相比，國內設

10、 備的自動化程度不高。 高端設備如晶硅電池全自動絲網(wǎng)印刷機和自動測試分撿機等依賴進口。 薄 膜太陽能電池設備還沒有起步。 按照技術開發(fā)成熟度，太陽能電池可以分為三類：晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池、下一 代新型太陽能電池。 1.晶硅太陽能電池 晶硅太陽能電池的制作工藝從成熟的微電子工藝轉化而來， 具有硅材料、 工藝與制造技術成 熟，轉換效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池的轉換效率可達 16%-17%， 實驗室的最高轉換效率達 24.4%。 規(guī)模生產(chǎn)的多晶硅太陽能電池的轉換效率可達 14%15%以上， 實驗室的最高轉換效率達 16.6%。但同常規(guī)能源相比，它們存在成本大、制造能耗

11、較高等問題。 2.薄膜太陽能電池 薄膜太陽能電池是在玻璃、不銹鋼、塑料基板上沉積幾微米厚的薄膜而構成。其種類主要有 薄膜非晶硅（-Si）電池、碲化鎘（CdTe）電池、銅銦鎵硒（CIGS）電池、銅銦硒（CIS）電 池、非晶硅及微晶硅疊層電池等種類。它們具有成本低、能耗低、單片電池面積大等優(yōu)點，便于 工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。 目前薄膜太陽能電池的轉換效率還低于晶硅太陽能電池。 薄膜非晶硅太陽能 電池存在光致衰退的問題，仍有待解決。 2.下一代新型太陽能電池 采用新材料、 新結構和新工藝制造下一代新型太陽能電池目前正在研發(fā)中， 主要有染料敏化 太陽能電池、有機聚合物電池等。這些電池的開發(fā)主要圍繞兩大目標：

12、a.提高光電轉換效率；b. 降低生產(chǎn)成本。 目前，晶硅電池是太陽能電池的主流產(chǎn)品，市場占有率為 85%，2010 年后市場增長速度將 減慢；薄膜電池是當前技術開發(fā)的重點，市場占有率為 10%，發(fā)展速度迅猛，到 2013 年后將占 市場主導地位；下一代新型太陽能電池技術正在加緊研發(fā)之中。 中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)蘊藏巨大潛力 近年來，國家財政對太陽能產(chǎn)業(yè)的補貼力度逐年增強。2008 年，中國開始啟動屋頂和大型 地面并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項目的建設；2009 年初完成了甘肅敦煌 10MWp 級大型荒漠并網(wǎng)光伏電 站的招標工作； 同時太陽能屋頂計劃與金太陽示范工程的財政補貼項目也相續(xù)推出， 這一系列的 政策措施

13、給中國未來的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)提供了一個廣闊的發(fā)展空間。 針對目前光伏發(fā)電成本高、 國內產(chǎn)業(yè)對出口依存度過高的特點， 中國將加大政策指導和扶持 力度，以此來發(fā)展和壯大太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的國內市場。經(jīng)驗表明，中國政府的政策導向將在未來 一段時間內決定著中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水準和市場需求。 相信在節(jié)能減排、 低碳經(jīng)濟的大背景下， 在中國政府的大力扶持和倡導下，中國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)定然會有著絢麗的明天。 2009 年全球新增光伏裝機容量接近 5.8GW，增速為 46.6%。其中，德國新增光伏裝機容量 達 3000MW，居于全球第一位，占全球的市場份額進一步上升，從 2008 年 41.1%的占比上升為 51.

14、7%。這主要是由于 2008 年增速最大的西班牙市場出現(xiàn)了明顯的下滑，西班牙 2009 年降低了 光伏裝機的補貼， 導致其 2009 年的新增光伏裝機量從 2008 年的 2500MW 迅速下降為僅 60MW。 中國太陽能電池產(chǎn)量全球領先 20042007 年，中國太陽能電池產(chǎn)量始終保持 100%300%的高速增長率，遠遠超過全球太 陽能電池生產(chǎn) 46.6%的年均復合增長率。2007 年，中國太陽能電池產(chǎn)量更是達到 1200MW，超 過歐美和日本成為太陽能電池生產(chǎn)第一大國，占到全球太陽能電池產(chǎn)量約 35%。2009 年，中國 太陽能電池產(chǎn)量達到 3200MW，繼續(xù)保持了超過世界太陽能電池生產(chǎn)平

15、均增長率的速度，增長 率達 60%。太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈包括多晶硅原材料生產(chǎn)，硅棒、硅錠生產(chǎn)，太陽能電池制造，組 件封裝，光伏產(chǎn)品應用和光伏發(fā)電系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。 另外， 與產(chǎn)業(yè)鏈相關聯(lián)的產(chǎn)業(yè)還包括太陽能電池設備制造等。 在中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中， 呈現(xiàn)出“中間大兩頭小，兩頭在外”的產(chǎn)業(yè)鏈結構，即原料、需求在外，如果再加上關鍵技術設 備的進口，就是“三頭在外”。 中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)主要集中在產(chǎn)業(yè)鏈的中下游，競爭形勢日趨激烈。截至 2008 年底，共 有 37 家多晶硅原料生產(chǎn)廠、143 家硅錠/硅棒生產(chǎn)廠、138 家硅片生產(chǎn)廠和 357 家太陽能電池組 件生產(chǎn)廠和上千家太陽能應用產(chǎn)品生產(chǎn)廠。 越往下游

16、 （組件生產(chǎn)、 太陽能應用產(chǎn)品） 競爭越激烈， 這主要是由于下游產(chǎn)品生產(chǎn)投資少，建設周期短，技術和資金門檻低，最接近市場，因此吸引了 大批企業(yè)的進入。 目前，中國太陽能電池片市場主要掌握在無錫尚德、南京中電、天威英利、常州天合等幾家 生產(chǎn)企業(yè)中， 其中無錫尚德在全球太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)中排名第三， 已躋身世界一流太陽能電池 生產(chǎn)企業(yè)的行列。這些企業(yè)掌握著比較先進的生產(chǎn)技術，生產(chǎn)規(guī)模較大，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，能夠保 證上游原材料的供應，具有較強的競爭力。另外，它們大部分都已經(jīng)在國內外上市，通過不斷完 善融資渠道，可以擴大企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，提高產(chǎn)品的競爭力。 其中，無錫尚德、天威英利等少數(shù)企業(yè)還涉足上游產(chǎn)業(yè)

17、鏈，垂直整合上下游資源，有效地提 高了企業(yè)的競爭力。 與此同時，在國內市場上還有一些中小型的太陽能電池廠商，由于技術水平較低，生產(chǎn)規(guī)模 較小，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，上游原材料供貨不穩(wěn)定，這些中小型太陽能電池廠商在日趨激烈的市場 競爭中面臨被淘汰的危險。 2008 年中國光伏產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)數(shù)量 數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問 2010 年 4 月 20052009 年中國光伏裝機量 數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問 2010 年 4 月 多晶硅投資過熱但產(chǎn)能不足 近兩年，全國共有 1 6 個省、市、自治區(qū)布局投資了 33 個多晶硅建設項目。而 2008 年國內 投產(chǎn)的多晶硅企業(yè)僅有徐州中能、洛陽中硅、峨眉半導體、新光硅業(yè)和通威永祥等幾個，產(chǎn)量為 3000 噸，僅占建設產(chǎn)能的 33%。這主要是由于多晶硅生產(chǎn)技術難度大，系統(tǒng)化配套要求高，企 業(yè)需要較長時間摸索、運行、修改、完善，再加上副產(chǎn)物料須綜合回收利用，有技術難關，限定 了產(chǎn)量的釋放。 按照目前的多晶硅投資規(guī)模，到 2010 年中國的多晶硅產(chǎn)能將達到 96500 噸，這個數(shù)字將遠 大于 2010 年國內太陽能電池預計產(chǎn)能。對多晶硅產(chǎn)品，峨眉半導體、新光硅業(yè)和通威永祥等幾 個主要生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量為 3000 噸， 僅占建設產(chǎn)能的 33%。 這主要是由于多晶硅生產(chǎn)技