太陽能的污染

隨著地球生態(tài)環(huán)境的日益破壞，各國都在大力提倡清潔能源，而太陽能是其中重要的一項。然而所謂的清潔能源太陽能，并不似我們想象的那樣，它雖然利用了太陽“光熱清潔的能源，但在制作加工過程其實對我們的生態(tài)環(huán)境也會造成破壞。多晶硅加工過程污染巨大光伏電池還能產生光污染(PV板)，制作這種電池板的主要物質硅中加工高純度的單晶硅片就成為一種既節(jié)約本錢又可行的方法。然而多晶硅的生產過程，會產生高達十幾種種的危急及有害物質，包括氯、氯化氫、三氯氫硅、四氯化硅、氫氟酸、硝酸、氮氣、氟化氫和氫氧化鈉等物質，對環(huán)境和人體都存在危害，不僅僅是有害物質污染環(huán)境，首聚能源分析師劉俊卿表示，在太陽能被大范圍利用后，的污染物進入這讓太陽能的“清潔”染上了污點。產能難以抵消耗能淘汰太陽能電池還污染環(huán)境除去產生的這些有毒副產品外，生產所消耗的電量也格外巨大，中國科學院院士費維揚就220太陽功率一般為0.135瓦/平方厘米，即1350w/平方米。太陽能電池板效率各不一樣，如以20%計算，一小時產生電能為1.35×0.2＝0.27度，要抵消掉生產過程中的電損耗，看起來是一個很漫長的過程。是鉛酸蓄電池。該電池內含有大量的鉛、銻、鎘、硫酸等有毒物質會對土壤、地下水、草原國外的太陽能為什么清潔？同樣是制造太陽能硅片，為什么國外沒有聽說污染問題，一位業(yè)內專家說出了其中的緣由進技術都對我國嚴格封鎖。國內的多晶硅企業(yè)為了追求高利潤，很多都不實行封閉式治理，對于多晶硅生產后產生的制造廢渣傾倒在土地上，污染的土壤再也長不出東西。98%用于出口。90是在興旺國家，而原料生產100卻在進展中國家，也就是說把污染都留在了進展中國家太陽能給中國帶來污染?日前,中國科學院院士費維揚在題為“進展低碳技術,推動節(jié)能減排”的演講中表示“生產太陽能產品把污染留在中國早在2008年,央視曾對國內產能最大的多晶硅企業(yè)———洛陽中硅高科技進展調查,在工廠的一條明溝中,記者見到了像雪一樣的泡沫,硅公司和當?shù)氐沫h(huán)保部門表示,洛陽中硅確實對多晶硅生產中產生的劇毒尾氣和副產品進展了回收；但另一方面專家又告知記者,目前國內的技術還不具備根治污染的力量。然而,國內投資多晶硅正在成為一股熱潮,各方利益都期望從多晶硅上面挖出一座金山。此前在河南也有過當?shù)囟嗑Ч韫S污染環(huán)境的傳聞。當?shù)孛襟w報道稱,河南省林州市城郊鄉(xiāng)張家莊局部村民消滅胸悶、惡心、眼發(fā)紅、四肢無力等病癥。由于病癥相像,村里人疑心這和年初在當?shù)亻_工興建的一個多晶硅工程有關。由于民心惶惶,城郊鄉(xiāng)政府為此特地進展調研,將之歸結為多晶硅廠的一次意外事故。中科院院士王占國教授在承受央視采訪時就對國內大量上馬的多晶硅工程可能產生的環(huán)境污染感到擔憂,由于這些工程現(xiàn)有的技術并不能完全解決副產品的回收問題。從整個太陽能產業(yè)鏈來看,,但是生產環(huán)節(jié)卻是高污染和非低碳的,現(xiàn)在歐洲國家政府都以優(yōu)待的政策支持企業(yè)大力進展太陽能光伏產業(yè),也用補貼的方式鼓舞群眾使用太陽能,歐洲國家都不期望在自己的國家生產多晶硅,都把多晶硅的生產放到了進展中國家,污染比較嚴峻。多晶硅是信息產業(yè)和光伏產業(yè)的根底材料,屬于高耗能和高污染產品,從生產工業(yè)硅到220同時“在生產多晶硅時,8倍于它的四氯化硅,一種高污染有毒液體,”且其“再利用的本錢昂貴,多數(shù)中國企業(yè)未裝設或未完全安裝相關的回收設備,對四氯化硅的無害化處理將成為制約多晶硅進展的瓶頸大家或許還會記得在世界杯賽場打廣告的“中國英利氯化硅呢？英利集團承受法產硅本報訊放棄了國內外大局部廠家所承受的三氯氫硅法，河北保定英利集團六九硅業(yè)〔下稱六九硅業(yè)承受目前全球最先進的工藝——硅烷法產硅。專家介紹，這種工藝具有其他傳統(tǒng)工藝方法無可比較的節(jié)能1117日，六九硅業(yè)管道林立的廠區(qū)內一片繁忙。多晶硅反響器的熱油系統(tǒng)、四氟化10月下旬已經(jīng)開頭了單機試車，年底將投入試生產。1噸多晶硅，就12噸四氯化硅。境造成污染。生產中不產生四氯化硅，并且承受3種回收工藝，分別將副產物氟化鋁鈉、氫氣、硅烷加以回收，用作原料投入再生產，最終生成高純的多晶硅和硫酸鹽兩種產品現(xiàn)階段，太陽能電池發(fā)電的方式主要有四種：多晶硅電池組件(multicrystallinesilicon),單晶硅電池組件(monocrystallinesilicon),硅帶(ribbonsilicon)以及薄膜太陽能電池(thin-film)。由于轉換效率的差異，如今的主流是多晶硅以及單晶硅電池組件。0810月之前始終持續(xù)了巨大的危機。總的來說，太陽能的行業(yè)是以能量來制造能量。成單晶硅，最終將成型的單晶硅切片，做成電池，做成組件，最終銷往世界各地。就這一個簡潔的過程，卻消耗了巨大的能量。首先，多晶硅的提純技術，由于世界上最先進的多晶硅提純技術存在于美國、日本、俄1040%每年的速度急速增長，歐美的廠商將多晶硅的價格一哄而上，2005352008480美元的歷2009520多家多晶硅廠正在投建。然而，多晶硅廠的投建背后卻隱蔽著巨大的危機。這個過程中約有25%的三氯氫硅轉化為多晶硅，其余大量進入尾氣，同時形成副產品——4工藝不成熟，三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫、氯氣等有害物質極有可能外溢，存在重大的安呼吸道有強刺激性，遇火星會爆炸；氯氣的外逸則可以使人消滅咳嗽、頭暈、胸悶等病狀，不得而知。1.5萬噸的多晶硅基地，其耗電量將大于一個100kw火力發(fā)電站一年的發(fā)電3001100萬噸CO2，對環(huán)境造成極大污染。源源不斷地輸往歐美國家，換取了他們的0污染，取之不盡用之不竭的“清潔能源池一樣，始終得不到很好的解決，現(xiàn)今的科學技術，對于太陽能發(fā)電行業(yè)其實是不成熟的，雖然這個行業(yè)取得了快速的進展，但是進展的同時，帶來的隱患也是令人擔憂的。然而，歐美科學家對太陽能電池行業(yè)照舊是持著樂觀的態(tài)度，從報告DarkSideofSolarCellsBrightens得知，美國紐約州厄普頓的布克海文國家試驗室(BrookhavenNationalLaboratory)的高級科學家，環(huán)境工程師瓦希利斯·弗塞納基斯(VasilisFthenakis)與他的同事檢測了四種最常見的PV(multicrystallinesilicon)、單晶硅(monocrystallinesilicon)、硅帶(ribbonsilicon)和超薄涂層(thin-film)。其他競爭者，例如非晶硅(amorphoussilicon)或高效多節(jié)電池由于數(shù)據(jù)缺乏或沒有廣泛應用而沒有進展檢測太陽能電池的低效率和其他PV用于純化硅的能量，全部PV電池整個生命周期的排放量都比供給等量能量的傳統(tǒng)化學能電池少。事實上，PV電池大局部的非清潔面來自于為太陽能電池制造工廠供給電力的燃煤發(fā)電廠或其他化石燃料燃燒。11高能量轉換效率只有14%的單晶硅太陽能電池——這四種太陽能電池中需要消耗最多能量55克溫室氣體，只相當于燃煤發(fā)電的很小一局部。涂層太陽能電池，其有毒物質排放也比燃煤發(fā)電場低90300倍。假設開頭使用太陽能開頭為自己的制造業(yè)供能——這叫做PV產生的電力就能夠生產更多的PV電池——前景就更加光明白。弗塞納基斯說只要能利用好屋頂和停車場等地方，將制造業(yè)的設備能量損耗降低到30%就像弗塞納基斯和他的同事們在最近的《科學美國人》登載的文章中〔見2008年第2期《環(huán)球科學》封面故事〕所爭論的那樣，例如壓縮空氣等儲存技術假設得到改進，PV就可以供給美國大局部的電力需求100%〔利用太陽能維持美國運轉〕蓄都投入進去，但是面對金融海嘯的來襲，多晶硅的價格在短短的一周之內，從原來的500的巨額的財寶，又有誰會買單？附：光伏電池是一種將太陽能轉換為電能的裝置毒有害物質多，環(huán)境污染嚴峻。國外紛紛將其轉移到中國生產。近年來，我國各地大上單晶硅及單晶硅電池生產線。據(jù)業(yè)界老大施正榮先生答記者透露，2008年大陸光伏電池產量占30%，中國光伏產業(yè)連續(xù)兩年成為世界第一。發(fā)電補貼高達每度電13－5年。由于單晶硅電池生產能耗大，一些專家認為現(xiàn)有單晶硅電池生產能耗大于其生命周期內捕獲的太陽能，是沒有價值的。最樂觀的估量是需要10年左右時間，使用單晶硅電池所技術更快，國內企業(yè)，假設不把握技術，準時更技術，就會很快被淘汰，很可能不能收回投資。我們的光伏電池市場主要在國外以下二則報道：2009年一季度江蘇光伏產品出口額僅為6.448.1%200812.3億美元。數(shù)據(jù)顯示，前3個月江蘇1.9、1.53億美元。其中，一季度西班牙從江蘇省僅進口1479萬97.8%6030家左右，其余一半或處于停產半停產狀態(tài)，或是正在建設過程中。危機把它提前了6-10個月。這是什么緣由？關鍵是國內企業(yè)一哄而上。而誘因則是西班牙政府出臺政策的時候不夠慎重，讓投機者鉆了空子。西班牙政府原來的打算是到2010年把400MW2.5GW，占到了去年全球總需求量的一半還要多。500MW的容2GW。市場逆轉，大量企業(yè)破產也是自然的事情。小，沒有多少實際意義。其安裝也格外簡潔，沒有多少投入。但是，這將導致光伏電池市場企業(yè)的投資無法收回，更嚴峻的是其自身投資僅占30％以內，大量投資來自國內銀行，從而，成為污染源，無法使用。大量人員失業(yè)，給地方帶來環(huán)境就業(yè)等方面問題。外市場的投資，應嚴格投資條件，制止給它們供給任何優(yōu)待條件，在環(huán)保、工人福利待遇、和經(jīng)濟問題遺留在國內。盡快收回已有貸款，削減資金損失。國家進展市場對外的太陽能產業(yè)，不過增加一點外匯儲藏。我們現(xiàn)有外匯儲藏2法使用外匯，外匯就等同廢紙。我們消耗大量能源，大量人力物力，帶來大量環(huán)境污染，還有格外大可能給自己帶來大量債務1民幣給外企兌換的。點。但目前太陽能發(fā)電只占可再生能源5‰，居四大可再生能源〔水電、風電、生物質能和太陽能電池方面取得突破性進展。<太陽能基地電能輸送是難題>500全人類的能耗量還大3.5萬倍。太陽內部的核聚變可以維持幾百億年，相對于人類的有限生為1367瓦，但是地理位置不同造成我國東西部地區(qū)接收到的能量差異很大，同一地區(qū)同一日內不同時刻接收到的能量也不一樣。我國2/3的領土上年日照時間不小于20002900～3400700～840kJ/cm2。西藏、青海、疆地區(qū)總面積為358萬平方公里，日照充分，地廣人稀，具有大規(guī)模建設太陽能發(fā)電基地的良好條件。1100MW太陽能電池，假設利用1%3.58100MW太陽能電池。按年平均日照時間3000小時計，再考慮到一日內不同時刻接收到的能量差異，它們的233.8倍，完全可以滿足2020年全國電力的需求。550550公里的沿線30公里內都安裝太陽能電池，則可獲得3萬平方公里的太陽能生產基地，該基地所2020年全國的需求。如何將太陽能電池所產生的低壓直流電輸送到中西部地區(qū)流電變成高壓溝通電，并建立高壓輸電線輸送出去。但是，溝通高壓輸電線的長度一般在500100kV1000公里左右，要將青藏線太陽能基地的電能輸送到中東部地區(qū)幾乎是不行能的。<改進的西門子法耗電量過大>點是水能、生物質能、風能和太陽能。國家將加快可再生能源電力建設步伐，到2020年建3kW3000kW3000kW180kW。太陽能發(fā)電能夠利用太陽如此豐富的能量墜入可有可無的地位呢?這主要在于生產太陽能電池的多晶硅技術尚不成熟。目前生產多晶硅的企業(yè)一般都承受改進的西門子法。使用該方法1kW的太陽能電池約10kg5800～600020年，太陽能電池的電能再生比也不到8，這是比較低的。20年，目前還沒有任何保障。1.5100萬kW3001100萬噸CO2，對環(huán)境造成極大污染。其實，改進的西門子法存在很大的缺陷，生產設備簡單，效率較低，而且投資巨大。目SiHCl31kg15015080～90度。即使成功，也不能從根本上轉變生產多晶硅耗電量大的致命缺陷。<冶金物理法尚不成熟>我國有企業(yè)和爭論單位合作提出了“三步法”生產太陽能級多晶硅材料的方法。所謂“三步法其次步是純度的硅;99.9999%的高純硅。不過這并不能保證過濾后剩余的硼和磷是否小于1ppm。三步法并沒有形成多晶硅的工藝流程，這種方法僅僅制造出高純金屬硅，而不是多晶硅。太陽能是賜予人類取之不盡用之不竭的綠色能源，光伏電池的核心是由多晶硅制成的PIN得突破性進展。<中國多晶硅投資工程狀況令人憂>20083月，中國全部的多晶硅建設工程共有1633個多晶硅建設工程，其中只有極少工程已投產，產量共計不到1000噸。其他的工程有的正在1MW11－122010年太陽能電池產量300MW42003500033個多晶硅工程的打算產能，據(jù)統(tǒng)計，假設全部建成達產，那幾年后中國的多晶硅年產量將到達146750噸！這無疑是個天文數(shù)字！21世紀的巨大技術進步，是當前國際經(jīng)濟、軍事、科技、政治的戰(zhàn)略ICIsuppli分析，2004年中國半導體需求14%200822%，2006IC市場，到2010年中國將取代美國，成為全球最大的電子產品制造基地和IC器件選購國。上用場。目前國內IC50家，648英寸〔200mm〕計為60萬片/20%2004211200357.3%20%。向多晶硅領域投資，無疑是一種獨具慧眼的舉措，但我們絕不贊成盲目上馬趕急火?！?〕晶體硅太陽能電池據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的大陽能電池；41、半導體材料的禁帶不能太寬；②要有較高的光電轉換效率：3、材料本身對環(huán)境不造成污染；4、材料便于工業(yè)化生產且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€方面考慮，硅是最抱負的太陽能電陽能電池的種類及其爭論現(xiàn)狀，并爭論了太陽能電池的進展及趨勢。硅系列太陽能電池中單晶硅大陽能電池轉換效率最高技術也最為成熟高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝根底上的現(xiàn)在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都承受外表織構化、放射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池提高轉化效率主要是靠單晶硅外表微構造處理和分區(qū)摻雜工藝在此方面德國夫朗霍費費萊堡太陽能系統(tǒng)爭論所保持著世界領先水平。該爭論所承受光刻照相技術將電池外表織構化，制成倒金字塔構造。并在外表把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結合．通過改進了的電鍍過程增加柵極的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉化效率超過 23%，是大值可達23．3％。Kyocera公司制備的大面積〔225cm2〕單電晶太陽能電池轉換效率為19．44%，國內北京太陽能爭論所也樂觀進展高效晶體硅太陽能電池的爭論和開發(fā)研制的平面高效單晶硅電池〔2cmX2cm〕轉換效率到達19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池〔5cmX5cm〕轉換效率達8.6%。單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的典型代表。通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350－450μm的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)約材料，人們從70年月中期就開頭在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒大小，未能制成〔LPCVD〕和等離子增加化學氣相沉積〔PECVD〕工藝。此外，液相外延法〔LPPE〕和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池?；瘜W氣相沉積主要是以SiH2Cl2SiHCl3Sicl4或SiH4,為反響氣體,在肯定的保護氣氛下反響生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但爭論覺察，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且簡潔在晶粒間形成空隙。解決這一問題方法是先用LPCVDFZSi襯底上制得的多晶硅19％，日本三菱公司用該法制備電池，效率達16.42%。液相外延〔LPE〕法的原理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。美國Astropower公司承受LPE12．2液相外延法在冶金級硅片上生長出硅晶粒型太陽能電池，稱之為“硅?！碧柲茈姵兀嘘P性能方面的報道還未見到。硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導地位。70年月初，Carlson等就已經(jīng)開頭了對非晶硅電池的研制工作,近幾年它的研制工作得到了快速進展,目前世界上己有很多家公司在生產該種電池產品。非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學帶隙為1.7eV,使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感SW效應，p、i、n層單結太陽能電池上再沉積一個或多個P-i-n子電池制得的。疊層太陽能臺在一起，提高了光譜的響應范圍；②頂電池的i層較薄，光照產生的電場強度變化不大，i??；④疊層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，其中包括反響濺射法、PECVD法、LPCVD法等，反響原料氣體為H2稀釋的SiH4，襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池工藝過程可分別制得單結電池和疊層太陽能電池電池的爭論取得兩大進展：第一、三疊層構造非晶硅太陽能電池轉換效率到達13％，創(chuàng)下的記錄；其次.三疊層太陽能電池年生產力量達5MW。美國聯(lián)合太陽能公司〔VSSC〕制得的單結太陽能電池最高轉換效率為9．3%，三帶隙三疊層電池最高轉換效率為13％，見1上述最高轉換效率是在小面積〔0．25cm2〕電池上取得的。曾有文獻報道單結非12．5％，日本中心爭論院承受一系列措施，制得的非晶硅電池的轉換效率為13．2南開大學的耿華等承受工業(yè)用材料，以鋁背電極制備出面積為20X20cm2、轉換效率為8．28％的a－Si/a－Si疊層太陽能電池。非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉換效率和較低的本錢及重量輕等特點為了查找單晶硅電池的替代品,人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘環(huán)境造成嚴峻的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最抱負的替代。砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉換效率受到人們的普遍重視。GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙為1．4eVGaAsIII-V化合物薄膜電池的制備主要承受MOVPELPE技MOVPEGaAs薄膜電池受襯底位錯、反響壓力、III-V比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。1998年德國費萊堡太陽能系統(tǒng)爭論所制得的GaAs太陽能電池轉換效率為24．2％，為歐洲記錄。首次制備的GaInP14．72。另外，該爭論所還承受堆疊構造制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是Gasb,31．1％。銅銦硒CuInSe2簡稱CIC。CIS材料的能降為1．leV，適于太陽光的光電轉換,另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS蒸鍍銅、銦和硒，硒化法是使用H2Se疊層膜硒化，但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS80815％左右。日本松下電氣工業(yè)公司開發(fā)的摻鎵的CIS1〔面積1cm1995年美國可再生能源爭論室研制出轉換效率為17．l％的CIS太陽能電池，這是迄今為止世界上該電池的最高轉換2000CIS20％，相當于多晶硅太陽能電池。CIS作為太陽能電池的半導體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡潔等優(yōu)點，較稀有的元素，因此，這類電池的進展又必定受到限制。在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開頭的一個太陽能電池制爸的爭論〔電極外表P－N能通過外電路通過復原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產生。由于有機材料柔性好，制作簡潔，材料來源廣泛，本錢底等優(yōu)勢用太陽能，供給廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的爭論僅僅剛開頭，用意義的產品，還有待于進一步爭論探究。探究，而這當中近進展的納米TiO2晶體化學能太陽能電池受到國內外科學家的重視。自瑞士Gratzel教授研制成功納米TiO2進展這方面的爭論。納米晶化學太陽能電池〔簡稱NPC電池〕是由一種在禁帶半導體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導體材料上形成的，窄禁帶半導體材料承受過渡金屬Ru以及Os等的有機化合物敏化染料，大能隙半導體材料為納米多晶TiO2并制成電極，此外NPC電池