电子技术应用专业教学内容改革方向之一

电子技术应用专业教学内容改革方向之一太阳能电池前途无量的市场

回顾人类能源消费的历史，大约经过了木/水/风—煤—石油3大阶段，现在正向太阳能迈进。太阳电池发明于50年前，经历了曲折的发展过程，大约可分为3个时期：(1)黎明期(上世纪50年代-80年代)—转换效率低下，价格昂贵，主要用作卫星、灯塔和电子计算器等的电源;(2)成长期(1990-2000年)—效率提高，应用进入家庭和大楼;(3)扩大期(2000年-现在)—太阳能电池向全球扩展。太阳电池利用半导体的光电效应，称为量子效应，是一种具有半永久性的发电现象。太阳能取之不尽，且是清洁能源，没有噪声，而且不排放二氧化碳。构成太阳电池的材料主要是硅，在地球上是第二多的化学元素，资源丰富。电池产品发电量可大可小，从1W到1MW，效率基本不变。

太阳能经过50年的发展，进步很大。硅系列太阳电池的转换效率已提高了4到10倍，成本降低了100倍，寿命超过20年，世界市场达到了100亿美元的规模。太阳电池使用的材料正在逐渐增加，但今天结晶硅仍独占使用材料的90%。多晶硅太阳电池的光电转换效率为14-18%，单晶硅好些，达到16-20%。随着硅原料价格高扬、供应不足，加上对高效率的追求，正在开发减少硅原料利用量的新技术。另外，太阳能电池使用原料还有化合物半导体，较常见的有不用硅的CIGS(Cu-In-Ga-Se)、CdTe等，最近又有机半导体也加入了这一行列(表1)，此外，还有透镜和组合集光等方式。表1太阳电池实用材料非晶（薄膜）太阳能电池单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池世界太阳电池产业近年走上快速发展道，进入企业不断增多，特别是半导体企业包括业界巨头Intel、IBM，德国Qimonda等都有行动，据称2010年大阳电池投资即将赶上和半导体同等的水平。据IEA报道，1993年世界太阳电池市场还仅有26MW规模，1999年即达约124MW，增长了3倍。此后，2005年便超过GW大关，预期2010年可达5GW(图3)。但这一数据时间较早，也不太完整，另据美国ICKnowledge公司新近报道，世界太阳电池的生产能力2007年即达6.5GW，2012年可达28.3GW，5年的年均增长率为34.2%。

又据日本<半导体产业新闻>的数据称，近几年世界大阳电池的生产能力持续翻番，2007年的生产能力为3.7GW，2010年可望达10GW。再有美国LuxResearch公司报告显示，2008年世界太阳电池市场为4.9GW，近年将以每年48%的速度增长，2013年达23GW，同期销售值从334亿美元成长到1004亿美元，年均增长率24.6%，原因是价格下降。虽然上述数据来源不同，有所差别，但是我们从中可以看出巨大的发展潜力。世界能源半导体市场发展态势

（矢野经济研究所报告）薄膜太阳电池是比现行主流单晶硅/多晶硅大阳电池薄1/10~100的一种非常薄的产品，因此可减轻原料不足的问题。同时，薄膜太阳电池可下降成本，减少体重，并可制作在柔性基板上，易于进入家庭而人气大旺。美国NanoMarkets公司预测，2015年世界薄膜太阳电池生产电力可达26MW，占太阳电池总发电力的一半，销售值超过200亿美元。CdTe薄膜太阳电池2015年销售值达87亿美元，该半导体的优点是光吸收系数和能带隙都高，原先担心的环保问题现在看来也很小，是有前途的产品。CIS/CIGS太阳电池尽管存在价格高和制作困难等问题，但具有比硅系节省原料、寿命长、发光效率高等优势。预期2015年销售值可达到50亿美元。太阳电池上世纪50年代发明于美国，由于价格过高，常人根本无法使用，70年代以石油危机为契机，从日本的Sunshine计划开始，各国相继制定国家计划，不断为下降成本而苦苦奋斗。上世纪80年代日本厂商率先将太阳电池用于电子计算器，90年代研制出转换效率超过10%的太阳电池模块，成本也有一定下降，1992年完备了法制之后，大阳电池板便出现在了私人住宅的屋顶上。但直到现在，大约1个3kW的系统仍需2万美元，价格依然不菲，难于推广。

因此，各国政府为推广使用都须有促进计划，制订优惠政策(包括经营电力公司税收优免)至关重要。同时以此来推动生产，降低制造成本，以便大量普及。从技术层面说，一要使太阳电池转换效率再提高4~10倍，二要成本再降百倍，三要提高使用寿命，从20年到50到100年。

据估计，世界目前已有近200家公司生产太阳电池，但生产设备厂主要在日人之手。近年韩国三星、LG都表示了积极参与的愿望，中国海峡两岸同样十分热心。据报道，台湾2008年结晶硅太阳电池生产能力达2.2GW，以后将以每年1GW生产能力扩大，当年并开始生产薄膜太阳电池，今年将大力增强，台湾期待向欧洲“太阳电池大国”看齐。2010年各国及地区有1GW以上生产计划的太阳电池厂商有日本Sharp，德国Q-Cells，SchottSolar，挪威RWESolar，中国SuntechPower等5家公司近年世界太阳电池市场高歌猛进，一片大好，但百年不遇的金融风暴带来的经济危机，同样是压在太阳电池市场头上的一片乌云，主要企业如德国Q-Cells的业绩应声下调，预年今年世界太阳电地市场也会因需求疲软、石油价格下降而竞争力反提升等不利因素而下挫。但与此同时，人们也看