太阳能的污染

随着地球生态环境的日益破坏，各国都在大力提倡清洁能源，而太阳能是其中重要的一项。然而所谓的清洁能源太阳能，并不似我们想象的那样，它虽然利用了太阳“光热”这个看似清洁的能源，但在制作加工过程其实对我们的生态环境也会造成破坏。

多晶硅加工过程污染巨大光伏电池还能产生光污染

要使得太阳能得到应用，就首先要制造太阳能电池板(PV板)，制作这种电池板的主要物质是单晶硅，利用它的光电传导效应，将光能转换为电能。就效率而言，多晶硅的转化效率远远低于单晶硅，但自然环境中的单晶硅十分有限，而纯度是其效率的重要保障，于是从多晶硅中加工高纯度的单晶硅片就成为一种既节约成本又可行的办法。

然而多晶硅的生产过程，会产生高达十几种种的危险及有害物质，包括氯、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅、氢氟酸、硝酸、氮气、氟化氢和氢氧化钠等物质，对环境和人体都存在危害，不仅仅是有害物质污染环境，首聚能源分析师刘俊卿表示，在太阳能被大范围利用后，城市中的光伏电池表面玻璃和太阳能热水器集热器在阳光下反射强光，形成光污染。如此多的污染物进入这让太阳能的“清洁”染上了污点。

产能难以抵消耗能淘汰太阳能电池还污染环境

除去产生的这些有毒副产品外，生产所消耗的电量也十分巨大，中国科学院院士费维扬就曾表示过：“从生产工业硅到太阳能电池全过程，综合电耗约220万千瓦时/兆瓦。”而地面太阳功率一般为0.135瓦/平方厘米，即1350w/平方米。太阳能电池板效率各不相同，如以20%计算，一小时产生电能为1.35×0.2＝0.27度，要抵消掉生产过程中的电损耗，看起来是一个很漫长的过程。

其次，很多人都以为太阳能发电是可以使用很久的，刘俊卿对此表示不赞同：“光伏电源系统具有一定寿命，其废弃物对环境具有很强的破坏性。光伏发电系统使用的蓄电池大部分都是铅酸蓄电池。该电池内含有大量的铅、锑、镉、硫酸等有毒物质会对土壤、地下水、草原等造成污染。”

国外的太阳能为什么清洁？

同样是制造太阳能硅片，为什么国外没有听说污染问题，一位业内专家说出了其中的原因——国外多晶硅企业采用闭环式生产工艺，一般不会造成污染；而为了保持垄断地位，其先进技术都对我国严格封锁。

国内的多晶硅企业为了追求高利润，很多都不采取封闭式管理，对于多晶硅生产后产生的废水、废气也从来不进行处理，直接排放到自然界中，污染大气和水资源，更有甚者直接将制造废渣倾倒在土地上，污染的土壤再也长不出东西。

除此之外，我国目前的多晶硅生产能力已经明显过剩，国内生产的太阳能电98%用于出口。这无疑是为他人做嫁衣，而英国驻广州总领事馆首席气候变化与能源领事韩天恩也侧面证明了这一点，“太阳能消费市场90%是在发达国家，而原料生产100%却在发展中国家，也就是说把污染都留在了发展中国家”。

太阳能给中国带来污染?日前,中国科学院院士费维扬在题为“发展低碳技术,推进节能减排”的演讲中表示“生产太阳能产品把污染留在中国”。

早在2008年,央视曾对国内产能最大的多晶硅企业———洛阳中硅高科技有限公司进行调查,在工厂的一条明沟中,记者见到了像雪一样的泡沫,这就是工厂最后排出的废物。洛阳中硅公司和当地的环保部门表示,洛阳中硅确实对多晶硅生产中产生的剧毒尾气和副产品进行了回收；但另一方面专家又告诉记者,目前国内的技术还不具备根治污染的能力。然而,国内投资多晶硅正在成为一股热潮,各方利益都希望从多晶硅上面挖出一座金山。

此前在河南也有过当地多晶硅工厂污染环境的传闻。当地媒体报道称,河南省林州市城郊乡张家庄部分村民出现胸闷、恶心、眼发红、四肢无力等症状。由于症状相似,村里人怀疑这和年初在当地开工兴建的一个多晶硅项目有关。由于民心惶惶,城郊乡政府为此专门进行调研,将之归结为多晶硅厂的一次意外事故。

中科院院士王占国教授在接受央视采访时就对国内大量上马的多晶硅项目可能产生的环境污染感到担忧,因为这些项目现有的技术并不能完全解决副产品的回收问题。

从整个太阳能产业链来看,太阳能是没有污染、低耗能的,但是生产环节却是高污染和非低碳的,现在欧洲国家政府都以优惠的政策支持企业大力发展太阳能光伏产业,也用补贴的方式鼓励大众使用太阳能。“但由于众所周知的原因,欧洲国家都不希望在自己的国家生产多晶硅,都把多晶硅的生产放到了发展中国家”，中国太阳能生产厂把大量废物留在中国,污染比较严重。多晶硅是信息产业和光伏产业的基础材料,属于高耗能和高污染产品,从生产工业硅到太阳能电池全过程综合电耗约220万千瓦时。”

同时“在生产多晶硅时,还将产生8倍于它的四氯化硅,一种高污染有毒液体,”且其“再利用的成本昂贵,多数中国企业未装设或未完全安装相关的回收设备,对四氯化硅的无害化处理将成为制约多晶硅发展的瓶颈”。

大家也许还会记得在世界杯赛场打广告的“中国英利”，他们在海南也有个分公司，在狮子岭那边，当时来海南投资的时候非常高调，他们就是做太阳能电池的，在海南生产多晶硅，具有极好的资源优势，因为海南的沙子很多质量很好，但是，会不会也给我们带来很多的四氯化硅呢？

英利集团采用新法产硅

本报讯放弃了国内外大部分厂家所采用的三氯氢硅法，河北保定英利集团六九硅业有限公司（下称六九硅业）采用目前全球最先进的工艺——新硅烷法产硅。专家介绍，这种工艺具有其他传统工艺方法无可比拟的节能、环保等优势，将对国内多晶硅产业带来巨大影响。

11月17日，六九硅业管道林立的厂区内一片繁忙。多晶硅反应器的热油系统、四氟化硅制备区的热烘循环系统等均已启动，两大关键部位运转正常。据公司生产部副经理康谭介绍，公司从10月下旬已经开始了单机试车，年底将投入试生产。

目前行业内存在两大工艺路线：三氯氢硅法和硅烷法。国内大多数厂家采用了前者，而六九硅业选择了后者。三氯氢硅法生产过程中会排出四氯化硅、氯化氢等尾气。特别是四氯化硅，如果不作处理，将会严重污染环境。现在国内大多数厂家，每生产出1吨多晶硅，就会产生12吨四氯化硅。

英利公司技术部经理蔡春立告诉记者，新硅烷法最大的特点就是采用闭环生产，不对环境造成污染。生产中不产生四氯化硅，并且采用3种回收工艺，分别将副产物氟化铝钠、氢气、硅烷加以回收，用作原料投入再生产，最终生成高纯的多晶硅和硫酸盐两种产品

现阶段，太阳能电池发电的方式主要有四种：多晶硅电池组件(multicrystalline silicon),单晶硅电池组件(monocrystalline silicon), 硅带(ribbon silicon) 以及薄膜太阳能电池( thin-film)。由于转换效率的差异，如今的主流是多晶硅以及单晶硅电池组件。

然而，太阳能电池行业有无污染可再生清洁能源著称，并且在08年10月之前一直持续不断地为整个行业链的各个生产提供商谋取了巨大的利益。然而，这样夺目光环的背后却隐藏了巨大的危机。总的来说，太阳能的行业是以能量来制造能量。

以单晶硅太阳能电池组件来说，从石英砂中提炼出出多晶硅，再以多晶硅投入炉中炼制成单晶硅，最后将成型的单晶硅切片，做成电池，做成组件，最后销往世界各地。就这一个简单的过程，却耗费了巨大的能量。

首先，多晶硅的提纯技术，由于世界上最先进的多晶硅提纯技术存在于美国、日本、俄罗斯以及后起之秀的韩国等少数几个国家，技术瓶颈很严重。中国少数的多晶硅厂所掌握的技术大多都来源于俄罗斯，并且生产效能比较低，生产线比较老，一时难以满足日益增长的需求。所以中国的一些厂商不得不以高价购买国外的多晶硅，由于技术壁垒的存在，以及连续10年多晶硅的需求以40%每年的速度急速增长，欧美的厂商将多晶硅的价格一哄而上，形成了多晶硅现货价格从2005年的每公斤35美元一路攀升至2008年每公斤480美元的历史最高峰。然而即使是在这样离谱的价格之下，利润的空间还是巨大的，这也就导致了中国的一些财团开始在国内自己建造多晶硅厂。截止到2009年5月，中国还有20多家多晶硅厂正在投建。然而，多晶硅厂的投建背后却隐藏着巨大的危机。

其一，生产多晶硅是一个提纯过程，金属硅转化成三氯氢硅，再用氢气进行一次性还原，这个过程中约有25%的三氯氢硅转化为多晶硅，其余大量进入尾气，同时形成副产品——四氯化硅，每生产一吨多晶硅，就产生4吨以上的四氯化硅废液。在这个过程中，如果回收工艺不成熟，三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢、氯气等有害物质极有可能外溢，存在重大的安全和污染隐患。四氯化硅一遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢，对人体眼睛、皮肤、

呼吸道有强刺激性，遇火星会爆炸；氯气的外逸则可以使人出现咳嗽、头晕、胸闷等病状，并导致农作物大面积减产和绝收。现阶段，多晶硅制造厂家是用闭环式的生产方法，号称可以将有毒气体回收再利用，但是实际上，这只是写在可行性研究报告上的内容，真实的情况是大部分的厂家由于技术达不到闭环式的要求，或者本着“节约成本”的目的，将有毒的物质利用填埋式埋在地下，或者用极低的价格卖给下游厂家，这些有剧毒的物质究竟去往何处，不得而知。

其二，现今的多晶硅生产方法多用改良西门子法，而此法的耗电量是极大地，比方说若要建成年产1.5万吨的多晶硅基地，其耗电量将大于一个100万kw火力发电站一年的发电总量，耗煤量将近300万吨，约为萍乡煤矿每年产煤量的一半，并且每年产生1100万吨CO2，对环境造成极大污染。

从多晶硅的生产过程来看，这是一个以能量制造能量的过程，在西欧国家的所扔出的巨大利益的订单的驱使下，中国的多晶硅厂投资呈现出一片“热火朝天”的情况，但是随着这些大大小小的多晶硅厂的建成，耗费的电能和排出的污染是巨大的，最后生产出的电池组件源源不断地输往欧美国家，换取了他们的0污染，取之不尽用之不竭的“清洁能源”。

对于其他几种主流的太阳能电池生产，污染以及转换效能低下，也如同多晶硅太阳能电池一样，始终得不到很好的解决，现今的科学技术，对于太阳能发电行业其实是不成熟的，虽然这个行业取得了快速的发展，但是发展的同时，带来的隐患也是令人担忧的。

然而，欧美科学家对太阳能电池行业依旧是持着乐观的态度，从报告Dark Side of Solar Cells Brightens得知，美国纽约州厄普顿的布克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的高级科学家，环境工程师瓦希利斯·弗塞纳基斯(V asilis Fthenakis)与他的同事检测了四种最常见的PV电池：多晶硅(multicrystalline silicon)、单晶硅(monocrystalline silicon)、硅带(ribbon silicon)和超薄涂层(thin-film)。其他竞争者，例如非晶硅(amorphous silicon)或高效多节电池因为数据不足或没有广泛应用而没有进行检测。即使考虑到超薄涂层太阳能电池的低效率和其他PV用于纯化硅的能量，所有PV电池整个生命周期的排放量都比提供等量能量的传统化学能电池少。

事实上，PV电池大部分的非清洁面来自于为太阳能电池制造工厂提供电力的燃煤发电厂或其他化石燃料燃烧。

弗塞纳基斯团队的早期分析研究也显示，在一到三年时间内，这四种太阳能电池就能够补偿它们制造过程中消耗的能量。燃煤发电场发电1千瓦时会排放1千克温室气体，而最高能量转换效率只有14%的单晶硅太阳能电池——这四种太阳能电池中需要消耗最多能量的，每千瓦时只产生55克温室气体，只相当于燃煤发电的很小一部分。

研究人员在《环境技术与科学》中写到，即使是使用来自采矿业的镉等重金属的超薄涂层太阳能电池，其有毒物质排放也比燃煤发电场低90到300倍。

如果开始使用太阳能开始为自己的制造业供能——这叫做PV支持过程，这样太阳能产生的电力就能够生产更多的PV电池——前景就更加光明了。弗塞纳基斯说：“我认为，只要能利用好屋顶和停车场等地方，将制造业的设备能量损耗降低到30%是非常容易的。”

就像弗塞纳基斯和他的同事们在最近的《科学美国人》刊登的文章中（见2008年第2期《环球科学》封面故事：《太阳世纪》）所讨论的那样，例如压缩空气等储存技术如果得到改进，PV就可以供给美国大部分的电力需求。“伴随着储存技术，100%（利用太阳能维持美国运转）是完全可能的。”

综上所述，科学家的观点是乐观的，虽然现阶段太阳能电池的生产给中国带来了巨大的创伤，但是随着科学的发展，技术壁垒终将解决，环境问题也会得到纾缓，但是这也仅仅是一个美好的设想罢了。太阳能技术，这个技术还没有成熟的产业在世界上得到了如此巨大的发展，它带来的危机并不是科技的发展就能够解决的，很多的商家终其一生将自己所有的积蓄都投入进去，但是面对金融海啸的来袭，多晶硅的价格在短短的一周之内，从原来的500美元一公斤跌至五十美元一公斤，最大的太阳能电池行业厂家亏损达到了十多亿人民币，很多厂商都已经纷纷退出了市场，然而那些已经造就的巨大污染以及创伤，那些之前投入进去的巨额的财富，又有谁会买单？

附：

光伏电池是一种将太阳能转换为电能的装置。目前市场上销售的光伏电池主要是单晶硅为原料生产的。单晶硅是石英砂经还原，融化后拉单晶得到的。生产过程能耗大，产生的有毒有害物质多，环境污染严重。国外纷纷将其转移到中国生产。近年来，我国各地大上单晶硅及单晶硅电池生产线。据业界老大施正荣先生答记者透露，2008年大陆光伏电池产量占全球总量30%，中国光伏产业连续两年成为世界第一。

然而，我们不掌握光伏电池生产技术。单晶硅光伏电池生产技术虽然很成熟，然而还在不断发展，其他各种光伏电池技术也在不断涌现。目前光伏电池的成本和光电转换效率离真正市场化还有很大差距，目前的光伏电池市场主要靠各国政府财政补贴。欧洲市场光伏发电补贴高达每度电1元以上。今后，要使光伏电池大规模应用，必须不断改进光伏电池效率和生产成本，在这个过程中，生产技术和产品会不断更新换代。其更新换代周期短，仅3－5年。由于单晶硅电池生产能耗大，一些专家认为现有单晶硅电池生产能耗大于其生命周期内捕获的太阳能，是没有价值的。最乐观的估计是需要10年左右时间，使用单晶硅电池所获得的太阳能才能大于其生产所消耗的能量。光伏电池生产企业投资大，回收周期长，由于技术更新快，国内企业，如果不掌握技术，及时更新技术，就会很快被淘汰，很可能不能收回投资。

我们的光伏电池市场主要在国外。国内虽然也出台政策，支持发展太阳能光伏发电。但是，实际上马的光伏电池发电系统还很小。目前国内生产的光伏电池主要销往国外。参见下列二则报道：

国外市场的饱和，国内产业的无序扩长的风险预伏加上金融风暴的迅速袭击重创了国内光伏企业，据中投顾问公开的资料，2009年一季度江苏光伏产品出口额仅为6.4亿美元，同比大跌48.1%，而在2008年一季度这一数字达到12.3亿美元。数据显示，前3个月江苏光伏产品出口额分别为1.9、1.5和3亿美元。其中，一季度西班牙从江苏省仅进口1479万美元的光伏产品，同比下跌97.8%。而浙江60家光伏企业中，目前正常生产的仅30家左右，其余一半或处于停产半停产状态，或是正在建设过程中。

另一则报道说：光伏产业供大于求的局面本来在今年七八月份就要出现，只是金融危机把它提前了6-10个月。这是什么原因？关键是国内企业一哄而上。而诱因则是西班牙政府出台政策的时候不够谨慎，让投机者钻了空子。西班牙政府本来的计划是到2010年把

总装机量做到400MW，但去年一年就上了2.5GW，占到了去年全球总需求量的一半还要多。这造成了卖方市场的局面，光伏制造企业一哄而上。以国内为例，少说两三百家，多说五六百家光伏企业，都是在过去两年内上的。但今年西班牙市场已经回归理性，只有500MW的容量，一下就少了2GW。市场逆转，大量企业破产也是自然的事情。

我们从这些报道可以看出，我们的光伏产业严重依赖国外市场，而国外市场是政府补贴产生的。西方国家政府一旦取消光伏发电补贴，这个市场就立即消失。西方国家取消补贴，从而使太阳能发电减少停止，对其经济发展没有任何影响，因为光伏发电占发电比例很小，没有多少实际意义。其安装也非常简单，没有多少投入。但是，这将导致光伏电池市场消失，不仅会给国内光伏产业带来灾难，还会引发国内一系列经济灾难：这些光伏电池生产企业的投资无法收回，更严重的是其自身投资仅占30％以内，大量投资来自国内银行，从而使银行产生大量无法回收的贷款。由于生产电池产生大量有毒有害物质，占用的土地废弃后，成为污染源，无法使用。大量人员失业，给地方带来环境就业等方面问题。

我们应立足自己的技术和国内市场，发展太阳能技术和生产。对外来投资和依赖国外市场的投资，应严格投资条件，禁止给它们提供任何优惠条件，在环保、工人福利待遇、资金方面严格限制，禁止国内银行和金融机构给予贷款和融资，防止它们倒闭，将各种社会和经济问题遗留在国内。尽快收回已有贷款，减少资金损失。

国家发展市场对外的太阳能产业，不过增加一点外汇储备。我们现有外汇储备2万亿美元，还无法使用，增加更多的外汇储备是毫无意义的。我们一直外贸顺差，我们就无法使用外汇，外汇就等同废纸。我们消耗大量能源，大量人力物力，带来大量环境污染，还有非常大可能给自己带来大量债务，不过换来无法使用的美元废纸，这种发展是毫无意义的。

国家应利用西方危机，收回给外企贷款，赶走所有行业两头在外的外资企业，从而收回外汇的所有权，赚取1万亿美元财富。因为现有外汇大多数是外资企业的，国家印制人民币给外企兑换的。

太阳能是最大的无污染可再生能源，它取之不尽，用之不竭，是今后人类能源利用的重点。但目前太阳能发电只占可再生能源5‰，居四大可再生能源（水电、风电、生物质能和太阳能）的末位。这主要在于生产太阳能电池多晶硅的改良西门子法耗电量太大，而正在探索中的冶金物理法技术尚不成熟。这需要我国科技工作者加快研发步伐，以期在研制太阳能电池方面取得突破性进展。

<太阳能基地电能输送是难题>

太阳能是无污染的巨大能源。太阳每秒照射到地球上的能量相当于500亿吨煤，比目前全人类的能耗量还大3.5万倍。太阳内部的核聚变可以维持几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。地球所接收的太阳能功率平均每平方米为1367瓦，但是地理位置不同造成我国东西部地区接收到的能量差异很大，同一地区同一日内不同时刻接收到的能量也不一样。

我国2/3的领土上年日照时间不小于2000小时。在我国西藏地区年日照时间可达2900～3400小时，年总辐射量达700～840kJ/cm2。

西藏、青海、新疆地区总面积为358万平方公里，日照充足，地广人稀，具有大规模建设太阳能发电基地的良好条件。1平方公里约可以安装100MW太阳能电池，如果利用1%的面积，则可安装3.58万个100MW太阳能电池。

按年平均日照时间3000小时计，再考虑到一日内不同时刻接收到的能量差异，它们的年平均发电能力相当于全国水力发电的23倍，相当于全国火力发电的3.8倍，完全可以满足到2020年全国电力的需求。

青藏铁路所经过的550公里高原冻土地带，也正处在融化之中。如果在550公里的沿线两侧各30公里内都安装太阳能电池，则可获得3万平方公里的太阳能生产基地，该基地所产生的电能可供给到2020年全国的需求。

如何将太阳能电池所产生的低压直流电输送到中西部地区，按照常规的方法是将低压直流电变成高压交流电，并建立高压输电线输送出去。但是，交流高压输电线的长度一般在500公里左右，即使是采用100kV的直流输电线，其传输距离也在1000公里左右，要将青藏线太阳能基地的电能输送到中东部地区几乎是不可能的。

<改良的西门子法耗电量过大>

国家发展和改革委员会原副主任陈德铭表示，今后一个时期，我国可再生能源发展的重点是水能、生物质能、风能和太阳能。国家将加快可再生能源电力建设步伐，到2020年建成水力发电3亿kW，风力发电3000万kW，生物质能发电3000万kW，太阳能发电180万kW。

太阳能发电能够利用太阳如此丰富的能量，为什么在规划的四种可再生能源发展重点中坠入可有可无的地位呢?这主要在于生产太阳能电池的多晶硅技术尚不成熟。

目前生产多晶硅的企业一般都采用改良的西门子法。使用该方法1kW的太阳能电池约需10kg的多晶硅，需要消耗电能5800～6000度，耗电量是巨大的。即使电池能够稳定使用20年，太阳能电池的电能再生比也不到8，这是比较低的。

更何况太阳能电池板安装在户外，风沙、雨水、环境污染都会伤害电池板，影响太阳能发电系统的寿命。其半衰期尚不得而知，实际使用的太阳能发电系统是否能以开始时的高效率工作20年，目前还没有任何保障。

目前，有的公司提出要建成年产1.5万吨的多晶硅基地，其耗电量将大于一个100万kW 火力发电站一年的发电总量，耗煤量将近300万吨，约为萍乡煤矿每年产煤量的一半，并且每年产生1100万吨CO2，对环境造成极大污染。

其实，改进的西门子法存在很大的缺陷，生产设备复杂，效率较低，而且投资巨大。目前德国自身利用其保密的西门子法，仅仅从高纯的SiHCl3生成1kg的多晶硅，就需耗电150度。目前德国正在研究如何将150度的能耗降至80～90度。即使成功，也不能从根本上改变生产多晶硅耗电量大的致命缺陷。

<冶金物理法尚不成熟>

为了降低能耗，目前国内外都在积极探索利用冶金物理法来生产太阳能级多晶硅。目前

我国有企业和研究单位合作提出了“三步法”生产太阳能级多晶硅材料的方法。

所谓“三步法”，第一步是利用硅石和炭在最佳的温度下形成高纯度的碳化硅;第二步是利用自蔓延高压高温引爆技术，排出碳和其他夹杂的稀有金属，形成雾状气体排出，得到高纯度的硅;第三步是利用混合气体助燃，引爆表面化的硼和磷，可以得到99.9999%的高纯硅。

不过这并不能保证过滤后残余的硼和磷是否小于1ppm。三步法并没有形成多晶硅的工艺流程，这种方法仅仅制造出高纯金属硅，而不是多晶硅。

太阳能是给予人类取之不尽用之不竭的绿色能源，光伏电池的核心是由多晶硅制成的PIN结光电变换器。光电子科技工作者一定要千方百计攻克难关，在研制太阳能电池方面取得突破性进展。

<中国多晶硅投资项目情况令人忧>

截止于2008年3月，中国所有的多晶硅建设项目共有16个省市自治区布局投资33个多晶硅建设项目，其中只有极少项目已投产，产量共计不到1000吨。其他的项目有的正在建设之中，有的拟建或已奠基，更有的只放个风就不见了动静。太阳能电池用多晶硅按每生产1MW多晶硅太阳能电池需要11－12吨多晶硅计算，我国预测到2010年太阳能电池产量达300MW，需要多晶硅估计约4200吨，全球需求量估计为35000吨。按这33个多晶硅项目的计划产能，据统计，如果全部建成达产，那几年后中国的多晶硅年产量将达到146750吨！这无疑是个天文数字！

电子信息技术是21世纪的巨大技术进步，是当前国际经济、军事、科技、政治的战略焦点，随着我国电子信息网络的形成和扩展，促进了我国半导体产业的发展，集成电路产品的需求急剧上升，中国已成为IC产品的消费大国，据Isuppli分析，2004年中国半导体需求约占世界总需求量的14%，到2008年将上升至22%，2006年中国超过日本，成为世界第二IC市场，到2010年中国将取代美国，成为全球最大的电子产品制造基地和IC器件采购国。届时，如果我国的多晶硅品质能够达到电子级水平，那么多晶硅生产线会在集成电路领域配上用场。

目前国内IC制造厂家50家，64条生产线，总生产能力以8英寸（直径200mm）计为60万片/月。中国集成电路产业的发展速度引人注目，预计今后仍将以20%的速度增长。2004年集成电路产量为211亿块，比2003年增长57.3%，但仅能满足国内市场的20%。

向多晶硅领域投资，无疑是一种独具慧眼的举措，但我们绝不赞成盲目上马赶急火。

（3）晶体硅太阳能电池

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化

合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；

4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；

4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。

硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。

单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。

化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZ Si衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19％，日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。

液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。美国Astropower公司采用LPE制备的电池效率达12．2％。中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称之为“硅粒”太阳能电池，但有关性能方面的报道还未见到。

多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。

开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，其实早在70年代初，Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作,近几年它的研制工作得到了迅速发展,目前世界上己有许多家公司在生产该种电池产品。

非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV, 使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S一W效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起，提高了光谱的响应范围；②顶电池的i层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。

非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反应溅射法、PECVD法、LPCVD法等，反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％，创下新的记录；第二.三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。美国联合太阳能公司（VSSC）制得的单结太阳能电池最高转换效率为9．3%，三带隙三叠层电池最高转换效率为13％，见表1

上述最高转换效率是在小面积（0．25cm2）电池上取得的。曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过12．5％，日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅电池的转换效率为13．2％。国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多，南开大学的耿新华等采用工业用材料，以铝背电极制备出面积为20X20cm2、转换效率为8．28％的a－Si/a－Si叠层太阳能电池。

非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，

又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。

砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1．4eV，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池材料。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE 技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V比率、总流量等诸多参数的影响。

除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发。1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24．2％，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14．7％．见表2。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb,所得到的电池效率达到31．1％。

铜铟硒CuInSe2简称CIC。CIS材料的能降为1．leV，适于太阳光的光电转换,另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。

CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。CIS 薄膜电池从80年代最初8％的转换效率发展到目前的15％左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15．3％（面积1cm2）。1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17．l％的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20％，相当于多晶硅太阳能电池。

CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。

在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机P－N结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时．光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。

由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实

用意义的产品，还有待于进一步研究探索。

在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。

自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来，国内一些单位也正在进行这方面的研究。纳米晶化学太阳能电池（简称NPC电池）是由一种在禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC 电池还选用适当的氧化一还原电解质。纳米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。

纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5－1/10．寿命能达到2O年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。

从以上几个方面的讨论可知，作为太阳能电池的材料，III-V族化合物及CIS等系由稀有元素所制备，尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。而另两类电池纳米晶太阳能电池和聚合物修饰电极太阳能电地存在的问题，它们的研究刚刚起步，技术不是很成熟，转换效率还比较低，这两类电池还处于探索阶段，短时间内不可能替代应系太阳能电池。因此，从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。

提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素，对于目前的硅系太阳能电池，要想再进一步提高转换效率是比较困难的。因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来，现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。因此，在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要。也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。近来国外曾采用某些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较现想的。

中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。

目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、

珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。