太阳能光伏发电材料调研报告一．慨况太阳能发电是指将太阳辐射转化为电能的技术。
其中一类，是利用半导体pn结器件的光伏效应，把太阳能直接转换成电能，称为太阳能光伏发电。
另一类，把太阳辐射转换成热能，再利用热能进行发电，称为太阳能热发电。
太阳能发电的历史，最早可追塑到19世纪末光电效应的发现，和其后1905年爱因斯坦所做的量子化解释。
“太阳电池”(Solar Cells)一词出现在50年代初，1954年美国贝尔实验室研制出第一只扩散pn结单晶硅太阳电池，其转换效率达到6％．这是继晶体管发明之后，晶态固体理论结出的又一硕果．由于太阳能发电拥有无污染，安全，长寿命，维护简单，资源水不枯竭和资源分布广等特点，太阳能发电被认为是二十一世纪最重要的新能源．太阳屯池的发明，为人类空间科学技术的发展提供了一项重要的能源．从五十年代至今，太阳电池作为空间能源，起着不可替代的作用．空间应用首先要求电池的高效率(功率重量比)和可靠性，空间应用单晶硅太阳电池组件的效率(AM0)已从最初的a％提高到现在的16-18%；近几年发展的高效砷化镓基系(GalnP／GaAs／Ge)叠层电池组件效率(AMO)已达26-27％。
太阳电池的地面应用，长期受到价格昂贵的制约．它的发展大体可以分为三个阶段：●起步：从70年代至80年代中期，世界光伏发电累积装机容量只有30MW左右，主要用于无电网地区和特殊场合作为独立电源系统。
●成长：80年代末一1996年在世界各国大规模国家光伏发展计划的推动下，世界光伏工业平均年增长率达到13%．在太阳电池效率不断上升的同时，随着制造规模的扩大，成本持续下降。
●大发展：1997年以后(2002年)，受到日、德、美等西方发达国家屋顶计划的刺激，世界光伏工业的发展加速，平均年增长率达到36％，发电方式也从离网应用发展到并网发电．目前世界光伏发电累积装机容量已经超过1500MW；太阳电池商用组刊：效率达到15--18％商用发电成本在o．15~0．25美元仟瓦时之间，在不少领域和地区已经具有相当强的竞争力。
2002年世界光伏工业产量已达595 MWp，相当于]5亿美元，正在形成规模宏大的产业。
2002年8月Mr．HarryShimp(BPSolar总裁)宣称：世界最终将走向可再生能源．在20-25年后液态碳氢化合物的储量开始下降．我们现在正处于这样的一段时间窗口，从传统能源转变到可再生能源。
为了使光伏发电能够替代相当一部分传统能源，使能源结构发生重大的变化，成为二十一世纪最重要的基础能源之一，还需要光伏工业和技术有20-30年持续的加速发展．光伏界任重而道远．然而，只要不断引入新工艺，进行深入的基础研究，这是可以实现的．日本、欧洲和英国不同地区的市场开拓计划，增加了太阳电池的市场需求，光伏将长期保持高速度增长，即便有时由于经济环境的影响，暂时有些波动，也不会改变这一长期发展趋势．RoyalDutch／Shell认为，未来儿十年，将迎来可再生能源的高速增长．图1给山预计的从2000—2030年日本，欧洲、美国太阳电池装机容量的大幅度增长。
二．产业竞争目前光伏工业已度过幼年时代，而进入羽翼串满的大规模工业生产．这一发展带来了机遇，也带来了风险，并伴随着激烈的竞争，燕井和集中。
图2示出日本、欧洲、美国和整个世界光伏产量从1983年到现在呈指数式增长的情况，以及预计到2010年的发展趋势．世界光伏制造业和市场主要由美国、日本和德国所主导。
世界十大光伏制造商中有8家来自这三个国家，2000年三国光伏安装容量约占世界的75％。
●美国的优势和日本的堰起长期以来，美国的光伏技术和产量是相对领先的．美国先后发明了单晶硅太阳电池(美国贝尔实验室)、非晶硅太阳电池(美国RCA公司)、高效GaInP/GaAs叠层太阳电池(美国可再生能源实验室，NREL)．从70年代中期起，美国高度重视新能源发展，提出了多个新能源发展计划．1986年以后，美国光伏产量一直保持每年20％的速度增长．然而，日本和欧洲在1997年后加速发展，日本的平均年增速达到52％，欧洲的平均年增述达到32％。
日本和欧洲先后在1999年和2002年左右赶上和超过美国。
欧盟联合研究中心、可再生能源局的Mr．AmulfJ~ger-Waldau评论指出：欧洲正在实现自己2010年的目标，尽管不那么雄心壮志．然而，如果日本、美国和欧洲目前这种光伏生产能力的增加趋势得以继续下去，而欧洲又没有做出额外的努力，那么，到2010年日本将在世界光伏市场上占支配地位，拥有超过75％的市场份额．光伏产业的竞争趋势在所参与的公司之间袁现为产业的集中和兼并．图3示出光伏电池产量世界排名最大的10家公司所占的市场份额．他们总共占世界市场83％．在这10家公司中，日本有4家：Shap，Kyocera，Sanyo，Mitsubishi (EIectrio和Heavy)．其中Shap公司产量最大，占市场份额22％。
● Sharp公司Sharp公司的发展是根典型的。
Sharp公司1997年6月宣布，到1998年将建立20MW 生产厂，并且根据需求，还可扩大到150MW．2002年2月，又宣布2002财政年度末扩大到200MW．Sharp在1997年作上述宣布时，是引起怀疑的，因为它当时的生产能力只有51010MW ／年．然而，2001年Sharp销售达到75MW变成世界第一，占19％的份额，2002年7月23日Sharp在新闻发布会上宣布，生产能力达到148MW，完成了1997年预定的目标．日本光伏公司在实践自己宣布的时间表方面比较美国和欧洲公司更为可靠。
这种发展趋势将影响到中、小公司的生存和发展。
如果大公司利用他们的成本优势向消费者提供更廉价的产品，消费者将买更多太阳电池系统，Pv市场将加速发展．为抵抗大公司的价格压力，小公司需要有自己的特色，或能提供更先进、更廉价的太阳电池技术．PV工业的发展和评价的变化，还吸引了一些传统的重工业公司开始投资于太阳电池产业。
如Mitsubishi Heavy 2002年秋建立了10Mwa-Si电池生产线．现在，PV制造业已被日本工业界视为关键工业，提出日本不应向中国和亚洲其他国家转移。
三．美国、日本、欧盟PV工业路线图3．1 羹国光伏工业路线图(2 0 O O—2 O 2 O)美国PV工业路线图(图4，表1)的宗旨是帮助美国光伏工业取得成功——保持美国光伏技术在国际上的领先地位，使之成为主要的盈利力量。
为此，●计划要求PV产量保持25％年增长率。
●到2020年，PVL业年产?000MWp，其中3200MWp用于美国国内，并成为150亿美元／年的产业。
图4为路线图计划的美国PV32．业的生产能力和产量的增长。
●同时，降低PV系统的终端用户成本(包括运行和维持费）到2010年3美元／瓦(Ac)，2020年1．5美元／瓦（AC)．● 2030年满足10％美国峰电生产能力。
25年内，美国PV工业提供15万人就业。
然而，美国PV工业路线图计划大部分PV产量用于出口．不像日本有一个加速膨胀的国内市场，这可能是美国为什么失去了保持多年的市场领先地位，而落后于日本和欧洲。
而且，美国最大5家制造商(BPSolar，ShellSolar，AstroPower，ASE Americas和UnitedSolarSystems)中3家属欧洲公司。
在未来20年，为使美国PV工业发展为世界领先．计划要求国家实验室、大学和Pv。
公司合作，遵循熟知的国家范例。
PV计划帮助建立全国的努力，支持在基础和应用研究和发展(R&D)，制造技术(Manufacturing Technology)，系统工程和市场应用(Systems Engineering&Applications)之间建立合作关系．参加的单位有；国家光伏中心(NCPV)相关国家实验室(NREL，Sandia,Bmokhaven)和来自美国40个州的180个领先PV公司、大学和单位。
美国PV公司完成合同，分担完成合同经费50％，集成研究成果和他们自身的努力，并应用于制造工艺和产品。
工业界一般对基础、应用研究和发展(R&D)起支持作用，但当技术发展到制造利商业化阶段时，则以工业界为首。
美国大学同国家实验室和工业界紧密合作，从事先进的R&D，揭示基础科学现象，产生创新概念，为明天的PV科学和工程提供丰富的学习基地。
NCPV相关国家实验室(NREL，Sandia,Brookhaven)对PV界进行合同管理，提供技术支持，对材料和器件特性分析，研究基本概念，以及对材料、器件和工艺进行创新性研究。
国家实验室在技术发展早期阶段起领导作用，而技术接近商业化阶段时提供手段上的帮助。
研究计划联邦经费，由国会每财政年度拨款，经能源部光伏中心和NREL组织分配，将公司、大学和研究所统合在三个层次工作中：RAD；Manufacturing Technology；Sys~msEngin~ring&Applications。
联邦经费的分配，以1999年为例，在0．722亿美元的联邦支持经费中，三个层次各占47％，26％和27％．PV公司在R&D工作中占29％，而在制造技术和系统工程方面起支配地位。
过去10多年，美国花费17亿美元公共基金发展光伏技术．2001年美国支持PV计划4．7亿美元，其中联邦政府支持0．66亿美元．33个州采取了措施，促进PV发电公平联网。
目前，主要还是离网应用，市场潜力很大。
联网PV近年来发展也很快．主要在传统电价高于4．5—7美元／W的15个州。
美国Clinton总统1997年提出了PV系统百万屋顶计划，以促进户用PV联网系统的发展．从1997年以来，已安装了15万个产用PV系统。
联邦政府和许多州，通过减免税收等促进PV联网系统的发展。
然而，由于美国政治形势(如退出京都议定书等)，对百万屋顶计划缺乏专门的预算支持，所以它对美国Pv工业发展所起的加速推动作用不像在日本那样显著。
3．2日本光伏工业路线由 (2000—2030)日本计划的基本目标是将新能源作为国家的能提供始．这是由1993年“新阳光计划”(NewSumhin~Project)确定的，“新阳光计划”是1974年第一次石油危机期间日本制定“阳光计划”的延续。
在新阳光计划成功的基础上，2001年制定了”先进的PV发电计划(AdvancedPVGeneration)．优先考虐降低对进口石油的依赖(占日本能源消耗53％)和本在京都议定书(KyotoProtoc01)中减排温室气体的承诺(2008-2012年比1990年减排6％拟通过发展新能源、节能和核能来实现。
然而，最近有些问题使核发电受到愈来愈大的反对日本温室气体排放同1990年相比，1999年增加了6．8％，估计2010年将增加7．4％。