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| 解读太阳能光伏材料和器件 |
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2008年06月19日
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当前，人类社会发展面临的一个巨大问题是化石燃料能源在对环境造成的危害日益突出的情况下正在一天天减少。因此，全世界都把目光投向了洁净可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源使用结构，维持长远的可持续发展。太阳能以其独有的优势而成为关注的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟辐射到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变效率为5%，每年发电量可达5.6×1012kW•h，相当于目前世界上能耗的40倍之多！
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。截至2002年底，太阳能光伏发电制造能力已达56万kW，实际装机容量近400万kW，太阳能电池组件成本下降到3.5美元/WP。预计，2020年光伏组件的价格将下降到1美元/WP以下。
由于技术的改进和成本的消减，世界范围内的光伏装机容量持续增长。2005年，世界光伏市场安装量1460MW，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292MW，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146MW，占世界总安装量的10％。图1是Deutsche Shell AG 给出的全球能源供给的前景预测图，光伏发电将在未来的世界能源结构中发挥重要的作用。据预计，光伏发电将在2030年左右显著地影响能源结构， 到2005年将占到总能源的20%的份额，到本世纪末将占有主导地位。当然，太阳能发电价格的高低，将关乎太阳能光伏发电产业的前途和命运。从图1中我们可以看出，能源领域的时间常数很大，即从一种能源资源过渡到另一种能源资源需要一个很长的时间周期：50-100年。和能源结构的任何大的变化所需要的时间相一致，要使得光伏发电取代常规能源中的相当大的份额，至少需要30年的持续地、迅猛地增长。只有依赖连续不断的新技术的出现、重大的基础研究的发现，才有可能实现这种迅猛的增长。就是由于目前太阳能发电成本尚高于传统发电方式，因此各国政府纷纷出台政策措施，推动本国太阳发电普及，进而拉动太阳能光伏产业发展。以德国为例，其一方面以相对较高的每度0.53欧元收购居民的太阳能电力并汇入总电网，再以与普通电价相同的0.21欧元提供给用户使用，这大大激发了居民在自家屋顶和庭院安装太阳能发电设备的积极性；另一方面则是贷款优先，并对贷款贴息3%，鼓励居民购买、安装太阳能发电设备。再看近邻日本，其为鼓励居民使用太阳能电力，同样采取补贴方法，居民安装太阳能发电设备所花费的投资，由政府补贴50%，同时政府高价收购太阳能电力，且并入总电网，供用户低价使用。而美国仅加利福尼亚一州，就斥资30亿美元，计划在未来10年内对安装太阳能放电设备的居民实施补贴。可以说，我国在扶持太阳能发电的政策方面，又已大大落后于各个发达国家的脚步，我们固然无法苛求政府同样为太阳能发电提供补贴，但扶持太阳能光伏发电技术研发的力度必须加强，且已迫在眉睫。
光伏发电通过半导体光伏器件实现，最早的光伏器件-单晶硅(C-Si)太阳能电池诞生于20世纪50年代，光伏发电最早的应用是作为航天卫星电源等空间应用。20世纪70年代中东战争爆发石油危机以来，光伏发电的地面应用提上日程。为了降低成本，出现了非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟锡(CIS)等薄膜太阳能电池。到20世纪90年代又出现了微晶硅(μc-Si)薄膜电池和染料敏化纳米薄膜电池。目前各种电池的最高转换效率为：C-Si电池，24.7%（澳大利亚，UNSW）；多晶硅（mc-Si），19.8%（澳大利亚，UNSW）；a-Si三结电池，15.2%（美国Uni-solar）；a-Si/μc-Si双结电池，14.5%（日本 Kaneka）；CdTe电池，16.4%（美国NREL）；CIS电池，19.2%（美国NREL）；GaAs三结聚光电池，40.7%（美国Spectrolab）；染料敏化纳米电池，11%（瑞士洛桑高等理工学院）。国际光伏发展的特点是自动化程度不断提高，产业规模不断扩大，技术水平不断提高。和国外相比，我国在光伏技术方面存在很大差距，主要表现在：生产规模小、自动化程度低、技术水平低。形成这些差距的主要原因有两个方面：一是我国投入研发的资金很少；二是我国缺乏必要的鼓励政策和统一规划。
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