機(jī)遇與挑戰(zhàn):
- 全球正在經(jīng)歷一場前所未有的能源革命
- 2007年開始成為世界生產(chǎn)太陽能電池最多的國家
市場數(shù)據(jù):
- 從2002年至今，中國太陽能電池產(chǎn)量猛增了77倍
- 2008年，我國太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一
- 2007年全球產(chǎn)量由2006年的181MW提升到了2007年的400MW
從1958年中國開始研制第一片晶體硅光伏電池以來，到現(xiàn)在已走過半個多世紀(jì)。光伏專家、上海交通大學(xué)太陽能研究所所長崔容強(qiáng)告訴編輯：“中國的太陽能電池也經(jīng)歷了從無到有、從空間到地面、由軍到民、由小到大、由單品種到多品種以及光電轉(zhuǎn)換效率由低到高的艱難而輝煌的歷程。”
據(jù)統(tǒng)計，從2002年至今，中國太陽能電池產(chǎn)量猛增了77倍。2008年，我國太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一，連續(xù)兩年成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國。
1839年法國物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)；1954年美國貝爾實(shí)驗室制成第一個單晶硅太陽能電池；1983年美國在加州建立了當(dāng)時世界上最大的太陽能電廠……人類從來未曾停止過追逐太陽的步伐。
1969年研制完成硅太陽能電池組
1958，我國研制出了首塊硅單晶
中科院院士、中科院半導(dǎo)體研究所研究員王占國對編輯說：“美國1957年左右拉出了首塊硅單晶，我國1958年也研制出了首塊硅單晶，隨后，中科院物理新成立的半導(dǎo)體研究室正式開始研發(fā)太陽能電池。”
最初，研發(fā)出的電池主要用于空間領(lǐng)域。從1958年到1965年間，半導(dǎo)體所研制出的PN結(jié)電池效率突飛猛進(jìn)，10×20mm電池效率穩(wěn)定在15%，同國際水平相差不大。
1968年至1969年底，半導(dǎo)體所承擔(dān)了為“實(shí)踐1號衛(wèi)星”研制和生產(chǎn)硅太陽能電池板的任務(wù)。在研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，P+/N硅單片太陽電池在空間中運(yùn)行時會遭遇電子輻射，造成電池衰減，使電池?zé)o法長時間在空間運(yùn)行。
于是，包括王占國在內(nèi)的6人小組開始進(jìn)行人造衛(wèi)星用硅太陽電池輻照效應(yīng)研究，實(shí)驗過程中，由于技術(shù)不成熟、設(shè)備落后，致使王占國的右手嚴(yán)重電子灼傷，從此他一直飽受痛苦，直到1978年夏天進(jìn)行植皮手術(shù)才有所緩解。編輯注意到，王占國院士右手手背上有一些黑色的褶皺，這正是老一輩科學(xué)家殫精竭慮獻(xiàn)身科學(xué)的印記。
經(jīng)過刻苦攻關(guān)，實(shí)驗結(jié)果給研究人員帶來巨大驚喜。王占國院士介紹，NP結(jié)硅太陽電池抗電子輻照的能力比PN結(jié)硅電池大幾十倍！隨后，半導(dǎo)體所做出了將硅PN電池改為NP定型投產(chǎn)的決定，生產(chǎn)出了5690片NP結(jié)硅太陽電池，其中達(dá)到空間應(yīng)用要求的成品3350片，圓滿完成了“實(shí)踐1號”衛(wèi)星用太陽能電池板的研制、生產(chǎn)任務(wù)。1971年實(shí)踐1號發(fā)射升空，在8年的壽命期內(nèi)，太陽電池功率衰降不到15%，該項目在1978年全國科學(xué)大會上獲重大成果獎。
1969年，半導(dǎo)體所停止了硅太陽電池研發(fā)，隨后，天津18所為東方紅二號、三號、四號系列地球同步軌道衛(wèi)星研制生產(chǎn)太陽電池陣。
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王占國院士說：“70年代末，我國與國際同期開展了砷化鎵太陽能電池研究，該電池具有很高的光發(fā)射和光吸收系數(shù)，1999年，2×2cm2電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)22％。”
1975年寧波、開封先后成立太陽電池廠，電池制造工藝模仿早期生產(chǎn)空間電池的工藝，太陽能電池的應(yīng)用開始從空間降落到地面。
1998，我國太陽能產(chǎn)業(yè)有了第一個“吃螃蟹”的人
上世紀(jì)80年代開始，我國太陽能電池開始進(jìn)入萌芽期，研發(fā)工作在各地次第展開，但進(jìn)展緩慢。
崔容強(qiáng)介紹說，1986年國家計委在農(nóng)村能源“1986—1990年第七個五年計劃”中列出了《太陽電池》專題，全國有6所大學(xué)和6個研究所開始進(jìn)行晶體硅電池等的研究。
20世紀(jì)80年代末期，國內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽能電池生產(chǎn)線，包括云南半導(dǎo)體廠從加拿大引進(jìn)的1MW（兆瓦）生產(chǎn)線等，使中國太陽能電池的生產(chǎn)能力由原來的幾百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。
“90年代中末期為我國太陽電池穩(wěn)步發(fā)展期，經(jīng)過引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新，太陽電池生產(chǎn)技術(shù)和工藝得到穩(wěn)定發(fā)展和提高，生產(chǎn)量穩(wěn)步增長，基本滿足了國內(nèi)市場的需要并有極少量的出口。”崔容強(qiáng)說。
1998年，我國政府開始關(guān)注太陽能發(fā)電，擬建第一套3MW多晶硅電池及應(yīng)用系統(tǒng)示范項目，這個消息讓現(xiàn)在的天威英利新能源有限公司的董事長苗連生看到了一線曙光。可是，當(dāng)時太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景尚不明朗，加之受政策因素制約，令不少人對這一新能源項目望而卻步。在合作伙伴退出的情況下，苗連生毅然逆勢而上，爭取到了這個項目的批復(fù)，成為中國太陽能產(chǎn)業(yè)第一個“吃螃蟹”的人。
2001年，無錫尚德建立10MWp（兆瓦）太陽電池生產(chǎn)線獲得成功，2002年9月，尚德第一條10MW太陽電池生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，產(chǎn)能相當(dāng)于此前四年全國太陽電池產(chǎn)量的總和，一舉將我國與國際光伏產(chǎn)業(yè)的差距縮短了15年。
2005年12月14日，無錫尚德太陽能電力公司在紐約證券交易所上市，尚德的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展帶來的“首富效應(yīng)”啟動了中國太陽能產(chǎn)業(yè)的加速器，國內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)和研發(fā)也駛?cè)肓丝燔嚨馈?/p>
天威英利公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，2003年12月19日，該公司的項目正式通過國家驗收，全線投產(chǎn)，填補(bǔ)了我國不能商業(yè)化生產(chǎn)多晶硅太陽能電池的空白。
2003到2005年，在歐洲特別是德國市場拉動下，尚德和保定英利持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，其他多家企業(yè)紛紛建立太陽電池生產(chǎn)線，使我國太陽電池的生產(chǎn)迅速增長，目前，我國太陽能電池產(chǎn)量占到世界總產(chǎn)量的30%。
王占國院士指出：“近年來我國太陽能電池相關(guān)的技術(shù)研發(fā)取得了一些突破，但是，與國外相比可能還存在一些差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展等方面。比如，幾種典型太陽電池的實(shí)驗室最好效率都比國外要低，我國單晶硅、多晶硅的實(shí)驗室效率分別為19.8%、16.5%，而國外的分別為24.8%和19.8%。”
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而且，王占國院士表示，我國太陽能電池制造中，很多設(shè)備都是從國外進(jìn)口，耗費(fèi)了企業(yè)大筆資金，所以，我們應(yīng)該加大設(shè)備的研發(fā)和制造，以降低成本。
北京地鐵站旁安裝的太陽能路燈
2005，我國拉開多晶硅大發(fā)展的序幕
多晶硅是整個太陽能電池產(chǎn)業(yè)的“命脈”，多晶硅原材料的短缺使太陽電池的成本居高不下，嚴(yán)重制約了太陽能電池產(chǎn)業(yè)和市場的發(fā)展。
另外，多晶硅原材料的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)一直基本上掌握在美國、日本、德國等幾家主要生產(chǎn)商手中。由于種種原因（生產(chǎn)商對光伏產(chǎn)業(yè)能否保持穩(wěn)定需求的疑慮、技術(shù)和市場壟斷的需要、擴(kuò)產(chǎn)的滯后性），這些企業(yè)沒有一家宣布在中國建廠，更遑論技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
洛陽中硅高科技有限公司副總工程師嚴(yán)大洲表示：“國內(nèi)光伏企業(yè)要擺脫受制于人的局面，必須‘苦練內(nèi)功’，走自主研發(fā)的道路，加大技術(shù)創(chuàng)新力度。”
嚴(yán)大洲介紹說，我國多晶硅始于1964年，但是技術(shù)水平低、規(guī)模小、產(chǎn)品單耗高、生產(chǎn)成本高。2005年之前，我國年產(chǎn)多晶硅還不到世界年總產(chǎn)量的0.5％。
因此，2005年，業(yè)內(nèi)著名專家梁駿吾、周廉、闕端麟三位兩院院士聯(lián)名報送中共中央、國務(wù)院等一份建議書，呼吁：“打破壟斷、政府主導(dǎo)、多方融資迅速建立年產(chǎn)上千噸級的多晶硅生產(chǎn)廠。”嚴(yán)大洲說：“院士的上書在業(yè)界引發(fā)了強(qiáng)烈反響，也堅定了我們走自主研發(fā)道路的決心。”
在此背景下，科技部組織實(shí)施了863攻關(guān)計劃、“十一五”支撐計劃等，同時，國家發(fā)改委組織實(shí)施了《高純硅材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大專項》，圍繞多晶硅生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的重大技術(shù)難題，實(shí)施重點(diǎn)攻關(guān)，取得了一系列攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化成果，擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)體系，為多晶硅的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展贏得了主動權(quán)。
2004年，洛陽單晶硅廠與中國有色設(shè)計總院共同組建的中硅高科自主研發(fā)出了12對棒節(jié)能型多晶硅還原爐，以此為基礎(chǔ)，2005年，國內(nèi)第一個300噸多晶硅生產(chǎn)項目建成投產(chǎn)，從而拉開了中國多晶硅大發(fā)展的序幕。
嚴(yán)大洲說：“我國首條產(chǎn)業(yè)化示范線建成，一方面給了業(yè)內(nèi)人士信心，另一方面，也標(biāo)志著多晶硅規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)體系形成，打破了國外多年的技術(shù)封鎖和市場壟斷。”
另外，在多晶硅的提純技術(shù)上，我國也不斷取得突破。目前，世界上普遍采用“改良西門子工藝”提純，純度雖高，但能耗大、不環(huán)保。中科院上海技術(shù)物理所高文秀團(tuán)隊另辟蹊徑，發(fā)明了“物理法”進(jìn)行提純，2007年7月16日，部分樣品經(jīng)日本方面測定，純度高達(dá)5N至6N（用于太陽能電池的多晶硅純度，要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于99.9%：以“N”代表小數(shù)點(diǎn)后“9”的數(shù)量，須在4N以上），電耗和水耗分別只有“改良西門子工藝”的1/3和1/10。
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目前，國內(nèi)絕大部分多晶硅生產(chǎn)都采用三氯氫硅工藝，這種高耗能工藝因四氯化硅等無法全部回收難以處理，環(huán)境污染嚴(yán)重。2008年，中硅高科承擔(dān)了國家“863”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目—多晶硅副產(chǎn)物利用關(guān)鍵技術(shù)研究，該公司通過自主研發(fā)，成功完成了低溫加壓氫化技術(shù)的研究。嚴(yán)大洲介紹說：“目前，該項目已經(jīng)在1000t/a和2000t/a多晶硅等項目上運(yùn)行，四氯化硅經(jīng)過幾次循環(huán)后，幾乎可實(shí)現(xiàn)全部回收利用。”
而天威英利六九硅業(yè)現(xiàn)在采用的新硅烷生產(chǎn)多晶硅工藝耗電少，生產(chǎn)成本比同行業(yè)低24%，產(chǎn)量同比提高30%，副產(chǎn)品無污染并且可全部出售再利用。
王占國院士稱，對目前占據(jù)光伏市場90%的晶體硅太陽電池來講，轉(zhuǎn)換效率的提高和硅片的薄型化是降低成本的主要途徑。
據(jù)江西賽維公關(guān)部總監(jiān)姚偉介紹，該公司最薄的硅片為160m左右，達(dá)到了世界領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)化水平。
2007，我國成為生產(chǎn)太陽電池最多的國家
嚴(yán)峻的晶硅短缺使很多太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備處于停產(chǎn)狀態(tài)；不斷上漲的晶硅價格一步步蠶食著太陽能電池生產(chǎn)商的利潤。因此，尋找晶硅或減少對晶硅的依賴成為太陽能電池企業(yè)不得不面臨的選擇。非晶硅薄膜太陽能電池躍入了人們的眼球，獲得了難得的發(fā)展機(jī)遇。
王占國告訴編輯，薄膜電池不用硅片，而是在玻璃等廉價襯底上沉積薄膜半導(dǎo)體有源層，可望大幅度降低材料消耗和成本。他呼吁，國家應(yīng)該多多重視薄膜太陽能電池的研究。
薄膜電池中最常見的是非晶硅太陽能電池。與普通太陽能電池相比，非晶硅太陽能電池成本低、能耗低、無污染、弱光好，厚度僅為前者的二百分之一，更適合與建筑外墻結(jié)合構(gòu)成墻體型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，還可以應(yīng)用在便攜式電子設(shè)備上。
我國的非多晶硅太陽能電池研究也走了一條曲折的道路。早在1975年南開大學(xué)就開始進(jìn)行非晶硅薄膜太陽電池的研究。上世紀(jì)80年代，我國從美國克羅拉公司引進(jìn)一條1兆瓦非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線，工業(yè)化較為成功。但截至2003年底，我國非晶硅太陽能電池還只有這一條生產(chǎn)線。
然而，還是不斷有廠家朝非晶硅太陽能電池領(lǐng)域進(jìn)發(fā)，并取得一定的成果。2008年北京奧運(yùn)會期間，奧運(yùn)村的太陽能熱水器系統(tǒng)采用的是由北京行者集團(tuán)研發(fā)的非晶硅太陽能電池技術(shù)。這種太陽能熱水器可以為16800余名運(yùn)動員提供洗浴熱水；奧運(yùn)會后，它可以滿足約1868戶居民的生活熱水需求，每年可節(jié)電1000萬千瓦時。
行者集團(tuán)總裁馬昕表示：“行者具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的非晶硅太陽能薄膜電池主要以鋼化玻璃作為制作原料，靈敏度高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)全光譜吸收，即便利用微弱的月光也可以照常發(fā)電。”
近年來，非晶硅太陽能電池獲得了較大的發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2007年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量由2006年的181MW提升到了2007年的400MW。在我國，2007年行業(yè)增速約120%，預(yù)計未來3年內(nèi)年均增速高達(dá)100%。
8月29日，國務(wù)院參事、中國可再生能源學(xué)會理事長石定環(huán)在第四屆綠色財富（中國）論壇上表示，盡管我國從2007年開始成為世界生產(chǎn)太陽能電池最多的國家，但與國外還有不少的差距。而且，在各種新型太陽能電池的開發(fā)上，我們還處在起步的階段，而國外已經(jīng)有了很大的發(fā)展，因此，我國太陽能電池的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
這樣理性的思考正是此時需要的。目前，全球正在經(jīng)歷一場前所未有的能源革命，太陽能是其中最耀眼的明珠，雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越，中國的太陽能電池產(chǎn)業(yè)正在慢慢抖落身上的泡沫，邁著更加扎實(shí)堅定的步伐，大踏步前行。正如《基督山伯爵》的結(jié)尾所言：“人類的全部智慧都包含在這兩個詞中：等待和希望。”
