硅太阳能电池发展分析

第一节 国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势

传统的硅基太阳能电池容量大，对太阳光的转换率可以达到20%，技术成熟，但是它存在的最大问题是：必须加工成坚硬的板块状电池板，这就限制了它的许多日常用途。柔性太阳能电池重量轻，而且可以折叠、卷曲，甚至粘贴在其它物体的表面，例如汽车玻璃，衣服等。科学家们不断努力提高它的光电转换效率，以使其能够早日应用。

2002年美国加利福尼亚大学的科学家借助于纳米技术和聚合物研制出一种柔性太阳能电池。整个电池就像一块三明治，两侧的电极之间夹着几百纳米厚的有机薄膜，最关键的是其中的硒化镉纳米棒，这种纳米棒受到特定波长的光照射之后就能产生电子空穴对，从而产生了电势差。这种电池能把1.9%的太阳能转化成电能。

荷兰、法国和葡萄牙的科学家在从事一项取名为H-Alpha Solar（H-AS）的柔性太阳能电池的研制工作，H-AS太阳能电池的效率约为13%，但生产成本低（每瓦为1欧元）和通用性好可以弥补效率不太高这一缺点。研制人员打算将H-AS太阳能电池的效率再提高10%左右。他们的产品很可能在3年内出现。

第二节 国内硅太阳能电池企业发展状况及主流趋势

国内太阳能硅电池企业以无锡尚德、保定英利为首，共有十余家企业。主要以结晶硅太阳能电池为主，非晶硅薄膜太阳能电池也有一部分产量。从产量上来说，单晶硅太阳能电池比多晶硅太阳能电池量略多，但多晶硅太阳能电池因为转化率逐渐逼近单晶硅太阳能电池，且有成本优势，所以，产量正逐渐增加，且最终定会超过单晶硅太阳能电池，与国际发展潮流一致。

第三节 国内太阳能用硅材料的生产现状

我国多晶硅工业起步于50年代，到了70年代曾一度盲目发展，企业发展到20余家，但由于技术水平低，产品质量差等原因，目前，我国的多晶硅产能由几年前的200吨/年萎缩到约100吨/年，这两三年的实际年产量仅60-80吨左右，约占全球产量的0.4%左右，相当于国内总消耗量约400吨的1/5。国内多晶硅用量的80%以上需要从国外进口。

我国多晶硅产量严重萎缩的主要原因是：国内多晶硅生产工艺陈旧，使生产多晶硅的电耗和物耗都高，多晶硅的电耗约占总成本的70%左右，过高的电价以及单位电耗和物耗普遍都高于国际水平的现实，使得我国的多晶硅产品失去了与国际市场竞争的能力。

我国多晶硅的自主供货存在着严重的缺口，80%以上依靠进口，近年多晶硅市场售价的暴涨，已经危及到我国多晶硅下游产业的正常运营，并成为制约我国信息产业和光伏产业发展的瓶颈。

现在国内所生产的多晶硅数量远远不能满足市场的需求。另一方面，国外主要多晶硅生产企业现已形成了企业联盟，严格控制技术转让并垄断全球硅材料市场，抬高多晶硅价格。这使得国内有的太阳能电池生产厂在当前遭遇了即使出高价也购买不到多晶硅的局面。

多晶硅短缺已经成为制约我国太阳能电池 行业 发展的瓶颈。可以预见，在薄膜太阳能电池性能（光电转换效率、寿命、稳定性等）和成本综合考虑未达到一定水平之前，市场上主导产品仍将是结晶硅太阳能电池。随着光伏产业的进一步发展，单晶硅、多晶硅太阳能电池产量会持续攀升，太阳能电池用硅材料（特别是多晶硅）的需求还会持续增长。同时，一些具有低能耗、低成本的太阳能电池用硅材料制造技术也呈现出快速涌现的新局面。这也是我国在未来大力发展多晶硅生产进程中，所不可忽视的需要 研究 的方面。

国内外多晶硅指标对照表

第四节 国内太阳能用硅材料的市场前景

在国内及国际市场带动下，近年多晶硅需求量急剧增加，国内多晶硅的供需缺口从20世纪90年代开始，逐年扩大，严重短缺。市场将在较长时间内体现供不应求的局面。

随着改革开放形势的发展，我国消耗类电子产品迅猛发展，使国内集成电路市场需求长盛不衰，这就需要大量单晶硅来生产集成块，为此，国内单晶硅的生产和销售都大幅度增长。同时，对多晶硅的需求量也大幅度增加，由于国内多晶硅生产严重萎缩，使供需矛盾突出，每年需花费大量外汇到国外进口多晶硅。为了适应国内外单晶硅市场的需求，国内数家企业相继扩产和新建单晶硅生产线，有些正在实施中，单晶产能和产量都将大幅增加，同时对多晶硅的需求也将大幅增加，供需缺口将会进一步扩大。

目前，国内太阳能级多晶硅价格已经从最初的每千克30美元左右，上涨到现今的每千克80美元以上，进而也带动了电子级多晶硅价格的上涨。从世界范围内来看，多晶硅也处于供不应求的局面。这也是目前国外许多大型多晶硅生产企业纷纷扩产的主要原因。

我国多晶硅供需状况对照表

                                                                                 单位：吨/年

第五节 太阳能用硅材料的发展趋势

从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ-Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ-Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

理论 分析 指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

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