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　　1、太阳能光伏发电现有技术及主要技术目前，世界上已经商业化并开始规模化推广应用的太阳能发电技 术的主要有四种，晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、太阳能聚光光 伏发电（CPV）、太阳能聚光光热发电（CSP）。四种太阳能发电技 术各有特点，其中硅基太阳电池是目前光伏发电的主流，约占世界太 阳能光伏发电总量的80%以上，但品体硅的提炼与加工成本相对较 高，高耗能与环境污染等问题制约了其后续的发展。薄膜型太阳电池 虽然转换效率低，但弱光响应相对较好，成本相对硅基太阳电池低而 发展迅速。硅基太阳电池与薄膜型太阳电池适合小规模电站特别是阳 光屋顶与建筑一体化发电。相对硅基太阳电池和薄膜型太阳电池，聚 光光伏与光

　　2、热发电技术以高效、低成本、环保等优势在美国、欧洲等 国家和地区发展迅速，适合在阳光辐照指数DNI大于1350的地区 大规模与超大规模太阳能电站发电，但需要追日跟踪系统与阳光直射， 系统相对复杂。据美国可再生能源研究所预测，至2020年，全球聚 光光伏与光热发电规模将达到120GW的产业规模。晶硅太阳能电池1.1单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅太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。现在单晶硅的电池工艺己近成熟，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

　　3、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。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%，最 大值可达23.3%。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电品太阳 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 品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 x2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅

　　4、电极品体硅电池（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。1.2多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度35O-450Mm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

　　5、底 上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜品粒大小，未能制成有价值的 太阳能电池。为了获得大尺寸品粒的薄膜，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 很难形成较大的品粒，并且容易在品粒间形成空

　　6、隙。解决这一问题办 法是先用LPCVD在衬底上沉积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，然后再在这层籽品上沉积厚的多晶硅薄 膜，因此，再结品技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主 要有固相结品法和中区熔再结品法。多晶硅薄膜电池除采用了再结品 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 馆再结品技术在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Astropow

　　7、er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 长出硅品粒，并设计了一种类似于品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。1.3非晶硅薄膜太阳能电池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

　　8、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-W效应，使得 电池性能不稳定。解决这些问题的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

　　9、单结电 池不稳定性的关键问题在于：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；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；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；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

　　10、；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%，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20 x20cm2、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

　　11、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。薄膜太阳能电池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 神化铉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。神化铉III

　　12、-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%。另外，该研

　　13、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l.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CISo 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

　　14、公司开发的掺 铉的CIS电池，其光电转换效率为15.3%（面积1cm2）o 1995年美 国可再生能源研究室研制出转换效率为17.1%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。太阳能聚光光伏发电（CPV）高效太阳能聚光光伏发电技术聚光光伏发电系统是利用光学系 统将太阳能汇聚在太阳能电池芯片上，

　　15、利用光伏效应把光能转化为电 能的发电技术。聚光光伏发电技术分为透射式聚光光伏发电系统与反 射式聚光光伏发电系统。透射式聚光光伏发电系统的聚光模组主要采 用菲涅尔透镜聚焦方式，反射式聚光模组主要采用回转二次反射曲面 聚焦方式，聚焦后的光线经过二次匀光处理照射在高效太阳电池芯片 上实现系统光电转换效率最大化。光电转换的电池芯片可采用硅基太 阳电池、III-V族太阳电池等，但世界上高效太阳能聚光系统主要采 用是III-V族太阳电池（例如多结型神化铉太阳电池）。太阳能聚光 光伏系统模组的第1个关键技术指标是聚光倍率，分为低倍聚光与高 倍聚光光学系统，目前世界上暂时对其没有严格的定义与划分。一般 而言，

　　16、聚光倍率在100倍以下的为低倍聚光系统。目前，国际上高效聚光光伏发电系统的聚光倍率大约在250倍 -1000倍，最高的达到了 1200倍。聚光倍率的提高是有限度的，随 著聚光倍率的提升，光能利用效率提升与成本降低明显，但随之而来 的是光学系统难度加大、追日跟踪精度的提高与散热问题突出，华体会体育超过 800倍的聚光光伏发电系统对光学系统模组、追日跟踪系统及散热技 术提出了挑战。高效太阳能聚光光伏发电系统的优势相对硅基太阳电池主要体 现在高效、低成本、环保三个方面：高效:世界上聚光光伏发电系统模组的转换效率约在20%-28%， 最高的达到了 30%，是目前其它太阳电池发电技术难以达到的。低成本：规模化电站

　　17、建设高效太阳能聚光光伏系统模组在2009 年有望达到2美元/W以下，约低于硅基太阳电池的20%。环保：制造高效聚光太阳电池模组耗费的电能约运行后半年可以 收回，且制造环节不产生任何污染，运行20-25年后所有部件可回收 再生。太阳能聚光光热发电（CSP）太阳能聚光光热发电（CSP）是利用集热器将太阳辐射能转换成 热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。80 年代以来美、欧、澳等国相继建立起不同型式的示范装置，促进了热 发电技术的发展。世界现有的太阳能热发电系统大致有三类：槽式线 聚焦系统、塔式系统和碟式系统。4.1槽式线聚焦系统该系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的

　　18、接收器 上，并将管内传热工质加热，在换热器内产生蒸汽，推动常规汽轮机 发电。Luz公司1980年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业 化。1985年起先后在美国加州的Mojave沙漠上建成9个发电装置， 总容量354兆瓦，年发电总量10.8亿千瓦时。9个电站都与南加州爱 迪生电力公司联网。随着技术不断发展，系统效率由起初的11.5%提 高到13.6%。建造费用由5976美元/千瓦降低到3011美元/千瓦， 发电成本由26.3美分/千瓦时降低到12美分/千瓦时。4.2塔式系统塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的 定日镜，将阳光聚集到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温。

　　19、 80年代初，美国在南加州建成第一座塔式太阳发电系统装置-Solar One。起初，太阳塔采用水蒸汽系统，发电功率为10兆瓦。1992年Solar One经过改装，用于示范熔盐接收器和储热系统。由于增加了 储热系统，使太阳塔输送电能的负载因子可高达65%。熔盐在接收 器内由288加热到565，然后用于发电。第二座太阳塔Solar Two 于1996年开始发电，计划试运行三年，然后进行评估，Solar Two 发电的实践不仅证明熔盐技术的正确性，而且将进一步加速30200 兆瓦范围的塔式太阳能热发电系统的商业化。以色列Weizmanm科学研究所最近正在对塔式系统进行改进。利 用一组独立跟踪太阳的

　　20、定日镜，将阳光反射到固定在塔的顶部的初级 反射镜-抛物镜上，然后由初级反射镜将阳光向下反射到位于它下 面的次级反射镜-复合抛物聚光器（CPC），最后由CPC将阳光聚集 在其底部的接收器上。通过接收器的气体被加热到1200C，推动一 台汽轮发电机组，500C左右的排气再用于推动另一台汽轮发电机组， 从而使系统的总发电效率可达到25%28%。由于次级反射镜接收 到很强的反射辐射能，因而CPC必须进行水冷。目前整个实验仍处 于安装、调试阶段。4.3碟式系统抛物面反射镜/斯特林系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜 组成，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750C 左右，驱动发动机进行发电

　　21、。美国热发电计划与Cummins公司合作，1991年开始开发商用的 7千瓦碟式/斯特林发电系统，5年投入经费1800万美元。1996年 Cummins向电力部门和工业用户交付7台碟式发电系统，计划1997 年生产25台以上。Cummins预计10年后年生产超过1000台。该种 系统适用于边远地区独立电站。美国热发电计划还同时开发25千瓦的碟式发电系统。25千瓦是 经济规模，因此成本更加低廉，而且适用于更大规模的离网和并网应 用。1996年在电力部门进行实验，1997年开始运行。由于碟式/斯 特林系统光学效率高，启动损失小，效率高达29%，在三类系统中 位居首位。4.4三种系统性能比较三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在 示范阶段，有实现商业化的可能和前景。三种系统均可用单独使用太 阳能运行，也可安装成燃料混合系统。

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