太陽電池大觀

沿革

太陽電池(solar cell)是利用光生伏特效應將太陽光的能量直接轉換為電能的固態電子器件，在太陽電池的光一能量轉換過程中，不需經過其他中間能量形式，只是排出熱量成為廢熱。

最早的光生伏特器件是硒光電池，由于轉換效率太低，不可能用來發電，僅能用作光檢測元件。1954年，具有6％轉換效率的單晶硅太陽電池問世，從此有了實用的可能性，太陽電池之名也由此而來。用作太陽電池的材料有硅(Si)、GaAs、InP、CdS等，其中硅儲量最為豐富、價格也最便宜，故迄今為止一直用作最主要材料。上世紀70年代初期，硅太陽電池開發曾有幾項重大突破，使最高轉換效率達到了19.1％。

硅太陽電池具有很長的壽命和很高的功率，重量比。早期硅太陽電池主要用作航天器的電源，在地面上主要用于航標燈、無人中繼站電源、太陽能水泵、電子表和計算器等，后來才逐漸發展到太陽電池發電站和家庭供電。

太陽電池作為無污染能源和礦物燃料的一種替代品而日益受到人們重視，特別在上世紀80年代，世界對全球氣候變暖的嚴重問題達成共識。1988年后聯合國組成了專門有關氣候變化的組織，目的是限制溫室氣體排放，穩定大氣中的CO，濃度，以防止氣候的危險變化，并鼓勵太陽電池發電站多多投入實用。

2005年2月京都議定書(美國未參加)生效，對地球環境、能源問題再次給與了極大關注，要求各國普遍減少CO₂排放量，進一步促進了太陽光、風力等自然能源的開發利用。日本、歐洲、美國都在積極推廣太陽電池，歐洲近年措施得力，發展更為迅速。

日本政府通過補助金制度大力推進太陽電池的使用，1994年后獲得順利發展，到2003年，在太陽光發電系統的應用方面，日本一直處于世界領先地位。2004年日本的專門機構又擬訂了“2030年前太陽光發電發展路線圖”，加緊擴大利用太陽能發電，目標是到2030年能占家庭用電的一半，相當于占全部電力的10％。

此外，德國、意大利、西班牙等歐洲國家也都通過政府收購政策(價格是一般電費的3倍)以發展太陽電池發電的應用，美國布什總統在去年1月的國情資文中說，為減少對中東石油的依賴，決定實施大力投資太陽電池發電為主的取代能源政策。加州在2007年后的10年間累計引入太陽電池發電的容量將達3000MW。

市場

世界太陽電池自上世紀80年代末逐漸發展起來，近年，太陽電池應用開始發飚，迅速成長。據日本統計(圖1)，2003年世界太陽電池以發電量計，比上年激增34％，達750MW，其中日本居首，獨占49％，歐洲其次，占27％，美國和其他地區各占12％，2004年世界太陽電池生產量又猛升57％，達1180MW，首次突破1GW。又據日本三洋電機公司預測，世界太陽電池市場未來幾年還將保持年均26％的增長速度前進，2010年可望達4GW。世界正進入太陽能時代。 隨著新材料的開發和價格的下降，有公司樂觀預測，2010年世界太陽電池市場可達5-7GW，到2020年這段時間還將加速發展，2010-16年間可突破100GW，2020年可望達到300～500GW/年(圖3)。

當然，除了太陽電池之外，還有其他新能源發電方式，包括風力發電、廢棄物發電等，但太陽電池發電將愈來愈占重要的地位。日本政府調查，2010年在各種新能源發電中太陽電池不過占9％，待到2030年將成長到占51％，其時廢棄物發電占9.5％，風力發電占6.8％。

材料

當前，太陽電池的制造原料主要是硅，包括單晶硅和多明硅占90％以上。結晶硅(單晶硅、多晶硅和HIT-Hetrojunctien with IntrisicThin-layer薄膜非晶硅和單晶硅組成的太陽電池)太陽電池變換效率一般，價格適中，主要用于地面發電；非晶硅太陽電池效率低，成本也低，主要用于消費電子(如計算器)；砷化鎳太陽電池效率高，成本也高，主要為太空應用。

由于太陽電池事業近年發展之快出乎意料，因此硅材料特別是今后一二年會感到十分緊迫。如果按制造lW太陽電池需要10g硅的話，那么2005年1.7GW的太陽電池市場需要1.7萬噸的硅。實際上，當年世界共生產硅3.1萬噸，用于太陽電池的為1.3萬噸，其余的硅供集成電路等半導體生產使用，缺口甚大。為此，各生產廠商包括Hemlock、Tokuyama、Wacker等公司都將擴大生產，預計2008年世界硅供應量達5.5萬噸，2010年可望達到7.2萬噸，或可得到一定程度的緩解。

除了原料不足之外，面臨的另一個大問題是價格。這一問題將隨著新材料的開發使用而逐漸得到解決。據日本業界的調研，眼下的發電成本是每度47日元(約合40美分，1美元=116日元)，2010年有望降低到一般家用電費的水平，即23日元／度，2020年將進一步降到與業務用電費相等，14日元／度，2030年再降到與火力發電同樣的成本水平7日元／度，近30年降低7倍，在新材料突破應用，原材料問題解決之后，世界太陽電池市場將擴大到現有市場的10倍、100倍。

正在興起并最有前途的新材料當屬薄膜。薄膜太陽電池主要有非晶硅太陽電池、CIS(順式)化合物和有機化合物等(圖4)。非晶硅又包括H膜硅和微晶硅，近年實用化迅速，故稱明日之星。因為硅的光吸收層只要2～3μm，所以使用原料只及結晶硅的百分之一，從而可大大節省原料。日本不少廠商，包括從事結晶硅太陽電池的Sharp等都將投入開發生產。薄膜太陽電池普及的關鍵是價格性能比，它的變換效率必須再提高1.2倍，才能達到多晶硅太陽電池16％的效率。當然，價格也需下降。隨著問題的解決，薄膜太陽電池的生產量將從現在占太陽電池總產量的5％，兩三年內即可達二三成。薄膜太陽電池將首先面向工廠、學校、辦公大樓等的發電應用。薄膜太陽電池的硅薄膜具有輕、薄、可彎曲等特性，可以和屋頂鋼板做到一起去。另一種預計是2010年世界太陽電池總生產量為3Gw，而薄膜太陽電池為600～1000MW。

化合物薄膜太陽電池有CdTe和CIS兩類，日本主要從事CIS的開發，昭和殼牌石油公司和本田工業公司共同發表聲明，2007年開始可投入量產。CIS太陽電池面臨的課題是大面積高效模塊的制作。此外，CIS太陽電池的原料In有枯竭之慮，未來大量生產時須考慮替代用品。

有機太陽電池一般有濕式色敏太陽電池和固體有機薄膜太陽電池兩類。色敏太陽電池由于電解液要蒸發而導致性能降低，廠商正積極開發，固體或凝固體電解液，含有Ru的有機太陽電池變換效率已超過10％。固體有機薄膜太陽電池和硅太陽電池相同，采用Pn結，近年變換效率提高很快。有機材料異常豐富，無古竭之慮，制造成本便宜，且易撓性化，今后勢將快速發展。

廠商

日本Sharp公司年產太陽電池324MW，到2004年的5年中一直是世界上穩坐龍頭老大，它的產量大于全歐，比北美大約一倍。第二大公司是日本Kyocera公司，年產105MW，第三還是日本公司一三菱電機公司，年產75MW。隨后依次是德國Q-Cell、日本三洋、美國Shell Solar、西班牙Isofoton、德國RWE Schott Solar、年產34MW的澳大利亞BP Solar。年產20MW的太陽電池公司2004年已達到15家，比上年增加了5家。

Sharp公司投資3.4億美元在奈良縣葛城市建立葛城工廠，使其2005年產量增加到500MW，2006年又投資5.9億美元，將進一步提高生產能力，以保持其世界同業頂尖公司的地位。三菱電機的生產能力，2006年擴大到了230MW。三洋電機制訂了“下一代HIT太陽電池”大計劃，計劃投資3.36億美元，2010年達到600MW的年產能力，進入世界頂級公司之列。京陶公司的八日市工廠，年產240MW，并在捷克建造了面向歐洲的太陽電池工廠，在全球實施四級生產體制。

薄膜硅太陽電池最大生產公司是位于日本大阪的卡內卡公司，到2007年春投資約4.2億美元，生產能力已達50MW，明年計劃擴大到70MW，并向100MW挺進；Sharp現生產15MW，將迅速增加到100MW；三菱重工業年產40MW，今后將逐漸提高到80MW，120MW；富士電機系統公司年產15MW，2009年可達30MW，并將擴大到100MW。采用化合物薄膜生產太陽電池的公司有昭和殼牌石油公司，年產20MW；本田公司年產27.5MW。采用球形硅生產電池的公司有富基珀雷阿姆公司，年產12MW，2010年計劃達120MW。

太陽電池生產采用新材料，為業界還來新的機遇，會有不少新公司參加進來，促進太陽電池加快發展。主要硅原料供應公司有Hemlock、托庫雅瑪、沃克等；電極材料供應有杜邦、Ferro等公司。進入新材料使用期，旭硝子公司將供應玻璃基板；帝人杜邦薄膜公司供應柔性基材。

新聞集錦

瑞薩科技公司宣布，該公司已經交付超過10億顆帶有片上閃存的微控制器(閃存MCU)。

Spansion宣布獲得了三星電子有限公司頒發的2006年度最佳供應商獎，Spansion是唯一獲選的NOR閃存供應商。

Altera公司宣布，2006年銷售達到12.9億美元，比2005年的11.2億美元增長14％。

負責HDMI規范許可認證的機構HDMI Licensing公司宣布，目前已有50多款采用HDMI技術的個人電腦相關產品迅速打入個人電腦市場。

下一代網絡軟件平臺供應商Enea宣布：2006年，全球主要移動手持設備制造商推出的手機中，超過2億部安裝了Enea的OSE實時操作系統軟件。