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摘 要：目前能源的短缺，巨大的太阳能资源必将为以后人类解决能源问题做出巨大贡献，太阳能利用技术和产业已由技术开拓期步入蓬勃发展时代，随着科技的发展，太阳能发电成本有可能降低到与常规电价相竞争的水平，而光伏发电技术必将展现他辉煌的篇章。
关键词：光伏发电材料 太阳能
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。据计算，太阳1秒内发出的能量相当于1.3亿吨标准煤燃烧时所放出的热量；而到达地球表面的太阳能大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍；地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。我国幅员辽阔，在我国大力推广太阳能光伏发电系统的应用潜力十分巨大。
1 太阳能光伏效应
光伏材料将光能转换为电能，这个过程叫做光伏效应。光伏效应的过程即半导体材料吸收光子能量，使到半导体中的原子发生原子能级跃迁，然后释放电子并形成电压的过程。入射光子的能量e=hν，（h为普朗克常数，ν为入射光子的频率），只有当入射光子的频率达到一定数值，使到入射光子的能量e大于半导体能级跃迁并释放电子所需要的最小能量—— 禁带宽度，才能使原子能级跃迁并产生电子。
2 太阳能材料特性
多重结和单重结太阳能电池的转换效率最高，在多重太阳聚焦下，单重结的效率可达20%～30%，而三重结材料的光伏转换效率，可达到40%。2011年在美国Solar-Junction公司的试验数据显示最高的转换效率为43.5%。在2006年，Emcore公司推出了有效面积为108mm2的三重结太阳能电池，其在200余倍聚焦数下能量转换效率达到37%。多重结材料生长制备一般采用金属有机化学气相沉积，这需要精密的材料配比控制和生长速率控制，成本较高，加上重结III-V族材料如Ga、As和Ge在地壳中的含量还不到10%～5%，综合考虑下更适用于高密度辐照下的光电转换。在硅系太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术最成熟。UNSW大学在2000年以前就已经实现25%的单晶硅材料的转换效率。多晶硅太阳电池的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。基于纳米科技的量子点、量子阱和超晶格材料也有不少机构在研究。此类型材料的优势一般是可更好地匹配太阳能光谱，但其研究还比较少，目前的效率不高，离稳定性和量产化还有一段距离。研究指出，相对于常规的块状太阳能电池，多量子阱、超晶格以及量子点用于光伏设备可大大提高理论上的最大效率，可实现光伏转换效率达40%甚至更高。
3我国太阳能光伏发电应用现状
我国光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在20世纪80年代末，中国的改革开放正处于蓬勃发展时期，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家发改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。十一五期间，我国太阳能组件产量年增长率超过100%。2010年全国总产量达到10GW，约占全球产量的一半。然而，超过90%的产品都出口到欧洲和美国。产业对海外市场的强烈依赖，促使业内专家呼吁中国政府可以提供更多的激励措施来扩大国内市场。据测算，该补贴标准大约可以覆盖相关企业生产成本的30%-50%，大大降低了太阳能光伏发电成本。金太阳示范工程提出对并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。这给光伏行业带来新的契机，但各地光照资源条件存在差异，采用“一刀切”的光伏上网电价，会造成未来一段时间西部地区光伏发电装机容量的增速明显超过东部地区的现象。
4我国太阳能光伏发电前景
国际能源组织对太阳能产业的发展前景进行预测，认为2010-2020年间太阳能光伏发电发展速度复合增长率达到35%，预计2020年太阳能光伏发电量将达到280TWh以上，占当年总发电量的1%，2040年占总发电量的20%，未来太阳能产业的发展前景光明。我国是世界上人均能源消耗比较低的国家，虽然一次能源消费总量居世界第二位，但人均能耗水平很低，1997年商品能源人均消费量1150kgce，仅为世界平均值的55%，是OECD国家的六分之一。当前我国正处于工业化的起飞阶段，随着国民经济的高速增长，能源需求也将有较大的增长。根据中国社科院数量经济研究所进行的长期能源需求预测，到2050年，我国一次能源需求将达3440Mtce～4150Mtce，煤炭占一次能源消费量的比重，将由1990年的76.2%下降到2050年的51.9%，以太阳能、风能等为主要构成的新能源和非水电可再生能源的比重上升到5.5%，新能源发电将占国产能源供应能力的12.8%。我国能源需求总量的增长和能源结构的改善为太阳能光伏发电提供了广阔的发展前景。太阳能电池的应用在我国具有十分广泛的前景，近几年来，许多重大工程，如在西北光缆干线中，大约一半线路的中继站上使用了太阳能电池；在现在开通的高速公路上的各种显示、信号及通信设施等，也都广泛采用了太阳能电池。
5结束语
随着光伏发电材料的不断深入研究和试验，可以预测在未来的5～10年，将会有越来越多新型和改进型材料的出现，逐步解决材料的吸收问题，效率问题，稳定性问题，工艺规模化生产的成本问题。从规模化生产和应用的角度看，硅技术、薄膜技术和聚合物电池仍为主导，量子点和纳米技术将给传统技术带来新的生命。
参考文献：
[1]方祖捷，太陽能发电技术的研究进展[J].中国激光，2009，1，36（1）：5-14.
关键词：光伏发电材料 太阳能
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。据计算，太阳1秒内发出的能量相当于1.3亿吨标准煤燃烧时所放出的热量；而到达地球表面的太阳能大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍；地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。我国幅员辽阔，在我国大力推广太阳能光伏发电系统的应用潜力十分巨大。
1 太阳能光伏效应
光伏材料将光能转换为电能，这个过程叫做光伏效应。光伏效应的过程即半导体材料吸收光子能量，使到半导体中的原子发生原子能级跃迁，然后释放电子并形成电压的过程。入射光子的能量e=hν，（h为普朗克常数，ν为入射光子的频率），只有当入射光子的频率达到一定数值，使到入射光子的能量e大于半导体能级跃迁并释放电子所需要的最小能量—— 禁带宽度，才能使原子能级跃迁并产生电子。
2 太阳能材料特性
多重结和单重结太阳能电池的转换效率最高，在多重太阳聚焦下，单重结的效率可达20%～30%，而三重结材料的光伏转换效率，可达到40%。2011年在美国Solar-Junction公司的试验数据显示最高的转换效率为43.5%。在2006年，Emcore公司推出了有效面积为108mm2的三重结太阳能电池，其在200余倍聚焦数下能量转换效率达到37%。多重结材料生长制备一般采用金属有机化学气相沉积，这需要精密的材料配比控制和生长速率控制，成本较高，加上重结III-V族材料如Ga、As和Ge在地壳中的含量还不到10%～5%，综合考虑下更适用于高密度辐照下的光电转换。在硅系太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术最成熟。UNSW大学在2000年以前就已经实现25%的单晶硅材料的转换效率。多晶硅太阳电池的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭，制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。基于纳米科技的量子点、量子阱和超晶格材料也有不少机构在研究。此类型材料的优势一般是可更好地匹配太阳能光谱，但其研究还比较少，目前的效率不高，离稳定性和量产化还有一段距离。研究指出，相对于常规的块状太阳能电池，多量子阱、超晶格以及量子点用于光伏设备可大大提高理论上的最大效率，可实现光伏转换效率达40%甚至更高。
3我国太阳能光伏发电应用现状
我国光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在20世纪80年代末，中国的改革开放正处于蓬勃发展时期，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家发改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。十一五期间，我国太阳能组件产量年增长率超过100%。2010年全国总产量达到10GW，约占全球产量的一半。然而，超过90%的产品都出口到欧洲和美国。产业对海外市场的强烈依赖，促使业内专家呼吁中国政府可以提供更多的激励措施来扩大国内市场。据测算，该补贴标准大约可以覆盖相关企业生产成本的30%-50%，大大降低了太阳能光伏发电成本。金太阳示范工程提出对并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。这给光伏行业带来新的契机，但各地光照资源条件存在差异，采用“一刀切”的光伏上网电价，会造成未来一段时间西部地区光伏发电装机容量的增速明显超过东部地区的现象。
4我国太阳能光伏发电前景
国际能源组织对太阳能产业的发展前景进行预测，认为2010-2020年间太阳能光伏发电发展速度复合增长率达到35%，预计2020年太阳能光伏发电量将达到280TWh以上，占当年总发电量的1%，2040年占总发电量的20%，未来太阳能产业的发展前景光明。我国是世界上人均能源消耗比较低的国家，虽然一次能源消费总量居世界第二位，但人均能耗水平很低，1997年商品能源人均消费量1150kgce，仅为世界平均值的55%，是OECD国家的六分之一。当前我国正处于工业化的起飞阶段，随着国民经济的高速增长，能源需求也将有较大的增长。根据中国社科院数量经济研究所进行的长期能源需求预测，到2050年，我国一次能源需求将达3440Mtce～4150Mtce，煤炭占一次能源消费量的比重，将由1990年的76.2%下降到2050年的51.9%，以太阳能、风能等为主要构成的新能源和非水电可再生能源的比重上升到5.5%，新能源发电将占国产能源供应能力的12.8%。我国能源需求总量的增长和能源结构的改善为太阳能光伏发电提供了广阔的发展前景。太阳能电池的应用在我国具有十分广泛的前景，近几年来，许多重大工程，如在西北光缆干线中，大约一半线路的中继站上使用了太阳能电池；在现在开通的高速公路上的各种显示、信号及通信设施等，也都广泛采用了太阳能电池。
5结束语
随着光伏发电材料的不断深入研究和试验，可以预测在未来的5～10年，将会有越来越多新型和改进型材料的出现，逐步解决材料的吸收问题，效率问题，稳定性问题，工艺规模化生产的成本问题。从规模化生产和应用的角度看，硅技术、薄膜技术和聚合物电池仍为主导，量子点和纳米技术将给传统技术带来新的生命。
参考文献：
[1]方祖捷，太陽能发电技术的研究进展[J].中国激光，2009，1，36（1）：5-14.