太阳能光伏产业现状与发展趋势.doc

学生毕业设计（论文）

题 目 太阳能光伏产业现状与发展趋势
专　　业 光伏材料应用技术
学 院 新能源工程学院
班 级
姓　　名
学　　号
指导教师
完成日期

目 录
摘　要: 1
1 、引言： 2
2 、太阳能光伏产业结构划分与现状 2
2.1、全球太阳能光伏产业发展现状 3
2.2、中国太阳能光伏产业发展现状 3
2.3、2012年我国光伏产业发展形势何去何从 4
2.4、2012年我国光伏产业发展形势前瞻 8
2.5、太阳能多晶硅料 12
2.6、太阳能多晶硅片 12
2.7、太阳能电池、组件 12
3 、多晶硅 12
3、1定义及分类 12
3.1.1 、冶金级硅: 12
3.1.2 、太阳级硅: 12
3.1.3 、电子级硅: 13
3、 2太阳级多晶硅生产工艺现状 13
3.2.1、传统工艺 13
3.2.2、新工艺 13
4 、太阳能电池 14
4、1定义及分类 14
4.1.1 、有机太阳电池 14
4.1.2 、光化学电池 14
4.1.3 、无机太阳电池 15
4、2太阳能电池现状 15
5 、存在的主要问题 15
6 、多措并举发展光伏产业 17
7 、建议 17
7.1核心材料生产要规模化、国产化。 17
7.2专业技术人才培养要系统化、全面化。 17
8 、总结 18
致 谢 19
参考文献 20

3

太阳能光伏产业现状与发展趋势
摘　要:
对太阳能光伏产业的现状与发展进行了综述性地阐述和分析,指出其存在的主要问题,并提出了三条发展太阳能光伏产业的相关建议———“核心材料生产要规模化、国产化,专业技术人才培养要系统化、全面化,国家扶植要政策化、普及化”。

关键词:光伏产业 现状 发展 建议

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1 、引言：
人类历史上从未有如2009年底哥本哈根会议那样的事件，会使“节能减排”、 “低碳”等字眼如此深入人心，全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。太阳能作为一种清洁的可再生能源，是未来低碳社会的理想能源之一，当下正越来越受到世界各国的重视。

太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3. 8 ×1026W,其中只有约20亿分之一的能量被地球接收,为1. 8 ×1017W,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换,如太阳能光伏。
2 、太阳能光伏产业结构划分与现状

图1 产业链结构划分　　 图2 企业分布

从太阳能光伏系统组成来看,太阳能光伏的产业结构可以按照从硅料(多晶硅材料)生产到太阳能电池的生产来划分,其产业链结构划分见图1,其产业链中的企业分布呈现明显的金字塔结构(最上游小,最下游大) ,见图2。
太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。在整个产业链中，从硅提纯到应用系统，技术门槛越来越低，相应地，企业数量分布也越来越多，且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。
2.1、全球太阳能光伏产业发展现状
CSIA最新研究报告称，目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术成熟，但光电转换效率相对较低；而薄膜电池成本低，发光效率高，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步，未来薄膜电池会有更好的发展前景。

2009年全球太阳能电池市场产品结构（按销售量）
2.2、中国太阳能光伏产业发展现状
中国大陆光伏产品主要供应给欧美市场，国内市场份额很小。近年来，由于欧美各国市场需求的增大，我国光伏产业取得了快速的发展，最近5年的年均增长速度达到40%以上。在政策进一步加大扶持力度的背景下，未来光伏产业的增长前景将更为广阔。
　　光伏发电产业链从上游到下游，主要包括的产业链条包括多晶硅、硅片、电池片以及电池组件。在产业链中，从多晶硅到电池组件，生产的技术门槛越来越低，相应地，公司数量分布也越来越多。因此，整个光伏产业链的利润主要集中在上游的多晶硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。
　　目前，中国大陆多晶硅生产获取的利润在最终电池组件产品利润总额中的比例最高，约达到52%；电池组件生产的利润占比约为18%；而电池片和硅片生产的利润占比分别约为17%和13%。
　　自2008年以来，多晶硅价格开始出现较大幅度的回落，到目前，国内多晶硅现货价格已由去年的500美元/千克回落至100-150美元/千克。
　　多晶硅产能扩张速度过快，而需求增长相对缓慢是导致价格下跌的主要因素。据iSuppi公司的预测，2009年，全球多晶硅供应量将翻一番，而需求的增长幅度仅为34%。因此，多晶硅的价格存在进一步下跌的可能性。iSuppi甚至表示，到2010年的时候，多晶硅现货价格将降至100美元/千克，这将大大降低多晶硅供应商的盈利能力。
多晶硅价格下跌将增厚电池片生产商的利润，不过，纯硅片业务也存在很大风险。不论是上游的多晶硅供应商，还是下游的电池片制造商，制造硅片都不存技术性难题。当上下游同时进军硅片业务的时候，硅片业务这一链条的利润受到大幅挤压。
2.3、2012年我国光伏产业发展形势何去何从
核心提示：对于2012年的到来，对国内的光伏企业是一个崭新的一年，也是一个希望之年，对很多国内企业来说，2012或许是一个春天的到来，而同
 对于2012年的到来，对国内的光伏企业是一个崭新的一年，也是一个希望之年，对很多国内企业来说，2012或许是一个“春天”的到来，而同样也可能是一个寒冬”的继续延续。。。

2011年的成与败
   可以说2011年的全世界的经济停滞与倒退直接影响了国内很多行业，光伏产业也逃不过这个厄运！欧美市场的光伏政策一再紧缩，受欧洲债务危机拖累，去年三季度
以来，光伏业融资渠道断裂，意大利、德国、西班牙等欧洲国家需求严重萎缩。去年第四季度末期，德国政府考虑进一步削减光伏补贴，并为今年的光伏装机设置了1GW
的上限，六年来一直高速增长的欧洲市场正在全面萎缩。而美国的“双反”立案的成立，也打碎了中国光伏企业的的最后希望。
   国内对于光伏的需求量是有限的，中国光伏企业的焦虑来源于2010年欧洲市场对新能源的补贴与激励，2010年中国光伏业整体性呈爆发式的增长，都想要从中分一块
蛋糕，但是没有意识到国际大环境的经济衰退，盲目的扩张在暗中蔓延开，2011年全产业链产能进一步扩张，致使部分产业链产能过剩超过一倍。就像江苏一家不愿透露
名称的大型光伏企业市场部相关负责人说得那样：“2011年我们年终奖都不发了。”这句话很简单直接的表现出了现在国内光伏产业的困难！
    中国国内产能迅速扩张和海外需求加速下滑，严重供过于求导致光伏业全产业链产品在去年三季度出现价格剧烈下挫。截至去年12月19日，多晶硅平均价格跌破22美
元/公斤（中国国内多晶硅最低生产成本为保利协鑫，去年其多晶硅生产成本为22.5美元/公斤），全产业链面临亏损。
    来自官方的态度比企业人更悲观，发改委能源研究所副所长李俊峰告诉网易财经：“如今市场纷传行业遇冷，这种提法是不准确的。造成市场如此局面，这个行业的
大多数企业有责任，光伏行业的困难非短期能够解决。”
　　 专注于全球电子制造领域的市场调研公司iSuppli去年12月发布的报告显示，2011年全球新增光伏装机容量将达到23.8千兆瓦，同比增长34%。而意大利新增光伏装机
量将达到6.9GW，超越德国的5.9GW，成为全球最大的太阳能光伏市场。美国将在意大利和德国之后名列第三（装机量2.7GW），随后是中国、日本和法国，装机量分别为
1.7GW，1.3GW和963MW。
国家政策的转变
    国外市场的不景气与萎缩打乱了中国光伏企业的阵脚，大量光伏企业开始把眼光寄托与国内政策的扶持，这或许是最后一线的希望。
    国家发改委副主任、国家能源局局长刘铁男于1月10日在2011年度全国能源工作会议上表示，2012年将实施第二批规模为1500万到1800万千瓦的风电项目建设计划。
同时，将实施“十二五”第一批规模为300万千瓦的太阳能光伏开发计划。分析人士据此指出，这意味着继风电之后，光伏发电也列入国家统一规划。全国众多地区特别
是宁夏、青海等西部偏远地区出现光伏电站“抢装”潮。截至2011年底，全国光伏电站装机达300万千瓦，比2010年增长4倍。但装机飙涨的背后是光伏发电并网的大面积
滞后。据宁夏当地一位政府人士向中国证券报记者表示，宁夏地区光伏电站“弃光”的现象已经凸显。由于宁夏区内众多光伏电站均建在戈壁和沙漠边缘地带，电网覆盖
薄弱，电站建成后遭遇“并网难”困扰，从而造成可利用小时数明显不足。
    这个时候国家的政策方向很重要，需要国家的合理的整体布局来规划光伏电网，细规划，深布局，重质量。虽然这样会减缓国内光伏工程的进度，对消化过剩国内光
伏产业有影响，但对于整个光伏产业是一个好的方向和机会。毫无疑问的是，这次的国际与国内的光伏政策的变动，必然导致一批小企业的消失，但这也是市场经济的一
个优胜略汰规律，留下的必然是那些手中掌握着高技术的大型企业，使得光伏产业进入一个合理的发展之路中。
    2012年将是全球太阳能光伏产业各家公司拉开差距的一年。未来在价格与技术无法取得优势的厂商将被迫被大公司兼并或是被市场淘汰，能够在此竞争下继续存活的
厂商才能分享到市场再次腾飞的甜蜜果实。
2.4、2012年我国光伏产业发展形势前瞻

内容提要
2011年，随着国家光伏上网电价的落实和太阳能光伏产业发展“十二五”规划相继颁布实施，我国光伏产业规模逐步增大，国际化程度愈加增强，但产业发展也面临着供需失衡严重、企业利润空间不断受挤压、行业竞争愈加激烈、外加美国“双反”贸易调查、行业整合不可避免等不利局面。面对这样的形势，光伏产业如何应对“双高”误导？如何应对供给端过热投入？如何应对产业整合成本高的难题？如何应对光伏项目“并网难”？如何应对光伏产品过度依赖国外市场难题？基于对上述形势和问题的前瞻性分析，本文提出了进一步提升光伏发电战略地位、加大规范行业发展力度、引导产业有效整合、完善光伏发电并网技术和标准、加快启动国内光伏市场等对策和建议。
2011年是“十二五”的开局之年，也是我国光伏产业发展进程中极不平凡的一年，在经历了“十一五”末期的高速发展之后，产业发展开始步入调整期。大起大落的发展景象也引起了各级政府高度关注，诸如国家1.15元/度的上网电价政策出台，《可再生能源发展“十二五”规划》、《太阳能光伏产业发展“十二五”规划》和《太阳能发电“十二五”规划》等即将颁布实施，为产业后续发展奠定了坚实的基础。展望2012年，光伏产业将面临复杂多变的国内外形势，既有光伏发电成本快速下降，新兴光伏市场快速崛起等有利发展趋势，又有供需严重失衡，欧美国家“反倾销、反补贴”大棒威胁等不利因素。
对明年形势的基本判断
（一）产业规模不断扩大，国际化程度稳步提升
我国太阳能电池继续保持产量和性价比优势，国际竞争力愈益增强。产量持续增大，预计2012年，我国太阳能电池产能将超过40GW，产量将超过24GW，同比增长50%以上，仍将占据全球半壁江山。生产成本将进一步下降，多晶硅、硅片电池片和组件环节加工成本分别有望降至19美元/千克、0.18美元/瓦、0.18美元/瓦和0.25美元/瓦，届时垂直一体化企业的组件成本将达到0.73美元/瓦，同比将下降27%。产品质量愈加稳定，多数企业产品质保将达到10年，功率线性质保将达到25年。国际化程度进一步增强，受国内市场消纳能力有限和国外贸易壁垒影响，我国光伏企业将加快国际化进程，通过在海外建厂或并购方式，加快在海外的本土化发展，以增强企业竞争力和国际化水平，成长为国际大型企业。（见图1）
多晶硅生产技术持续进步，产业自给能力迅速提高。2012年，我国万吨级多晶硅生产线将投产，低能耗还原、冷氢化、高效提纯等关键技术环节进一步提高副产物综合利用率进一步增强。先进企业的综合电耗将达到80千瓦时/千克、生产成本达到19美元/千克的国际先进水平。多晶硅生产规模进一步扩大，有望彻底摆脱依赖进口的局面。预计2012年我国投产的多晶硅企业将达到60家以上，产能超过16万吨，产量达到13万吨，可满足国内80%以上市场需求，形成约占世界市场40%的良好态势。多晶硅自给能力的迅速提高，将对我国光伏产业保持全球竞争优势提供有力支撑，也将为中美之间可能爆发的光伏产品贸易战争取得更加有利的筹码。（见图2）
国外市场增速趋缓，国内市场加速崛起。受欧美债务危机和欧洲光伏补贴持续下调影响，预计2012年，全球光伏市场仍将保持增长，但增速放缓，全年装机量可达24GW，同比增长14%。值得关注的是，国内光伏市场将会加速兴起。受益于2011年出台的系列利好措施：一是国家发改委正式出台了全国统一的1.15元/度上网电价；二是国家太阳能发电“十二五”装机量规划，由最初的5GW改为10GW，最终改为15GW，极大拉动国内市场发展，2011年国内装机量超过1.5GW。预计2012年仍将保持较高的发展态势，主要原因有三：一是当前我国光伏产业产能增长过快且产品主要依赖出口，急需加速启动国内市场以缓解对外依赖度过高的问题；二是启动国内市场也是应对美国启动的“双反”调查的有力回击；三是2011年国家出台了上网电价，且国内装机成本大幅下降，加上光伏市场竞争激烈，组件企业纷纷向下游的光伏系统集成延伸。因此，预计2012年光伏装机量将达到3GW，但即使如此，我国近90%的光伏产品仍需依赖国外市场。（见图3）
（二）市场供需失衡压力持续增大，产业整合不可避免
光伏产业作为朝阳产业，未来市场将会呈现指数增长。但短期内，产业仍将承受较大的供给压力。据赛迪智库光伏所不完全统计，全国156家电池组件企业2011年的太阳能电池产能已超过35GW，预计2012年产能在40GW以上。欧盟2011年9月份发布的报告也显示，2012年全球太阳能电池产能将达到80GW，我国占据超过50%份额。与快速增长的太阳能电池供给量相比，光伏需求量增长则显得相形见绌。据2011年6月欧洲光伏工业协会对2011-2015年的市场需求量预测数据，2012和2013年光伏市场需求在30GW左右，因此仅当前我国的产能已可满足未来2-3年全球光伏市场需求，光伏市场的增长速度远不能跟上产能扩张的步伐。2012年这一市场仍将承受价格和整合压力，一批不具备竞争力或贸然进入光伏领域的光伏企业将在激烈的竞争中被整合或淘汰。值得关注的是，在供需失衡加剧情况下，我国在海外上市光伏企业股价可能持续下跌且遭受国外评级机构唱空，极有可能被国外资本趁虚而入，利用产业整合和贸易战等时机，掌控我国优势企业主导权，甚至使我国光伏产业日益空心化。（见图4）
（三）产品价格仍将下跌，企业经营压力增大
2011年初，光伏产品供应量大幅提高，但光伏市场受政策不稳定的影响，需求萎靡，观望情绪严重，致使光伏产品库存积压严重，价格暴跌，目前已经逼近成本价，极大挤压光伏企业利润空间，主要光伏企业毛利率同比和环比均持续下滑。原本各企业希望2011年第四季度会受到欧洲市场2012年将下调补助金额政策的影响，提前出现安装潮，但相关订单目前仍未出现。加上2011年第四季度和2012年第一季度由于受天气和欧美国家适逢圣诞节休假等原因影响，市场萎靡已不可避免。2012年，预计部分资金需求急迫的企业为获得现金，在现货市场上加速抛售手中的库存和原料，将加剧价格下跌步伐。可能的后果即为：一旦产品价格跌破企业制造业现金成本企业将开始降低产能避免现金净流出，但是降低产能后设备等固定成本的摊提压力又将出现，在这样的恶性循环下，将会涌现企业倒闭潮。情况的好转预计要到2012年二季度，届时市场进入旺季期，部分落后产能也将在此期间被淘汰，产业将迎来一个发展的小高潮。
（四）美挥舞“双反”大棒，产业面临严峻贸易保护挑战
2011年10月19号，以德国SolarWorld为首的7家企业联合向美国政府递交了对中国出口到美国的太阳能电池（板）进行反倾销和反补贴（简称“双反”）调查申请，而美国商务部已于2011年11月8号启动立案调查。据悉SolarWorld目前也在游说全球最大的欧洲市场，对来自中国的光伏产品进行“三反”（反垄断、反倾销和反补贴）调查，一旦我国应对美国的贸易诉讼不利，极有可能被欧盟搭便车，届时在我国光伏市场未能及时启动的情况下，我国光伏产业可能遭受毁灭性打击。预计美国“双反”案件将会持续到2012年第三季度，对我国光伏产业造成的影响可能有：一是官司耗时耗力耗财，致使我国光伏企业不能集中精力开拓国外市场；二是来自美国的订单将会有较大的税率风险，对美光伏产品出口可能会萎缩，如果欧盟跟进，情况愈甚；三是促使国内光伏产业向东南亚等地区转移，以规避贸易风险；四是来自中国台湾地区等的光伏企业将会渔翁得利，加速崛起，对大陆光伏企业带来巨大冲击。
（五）各路资本竞逐光伏产业，行业竞争愈加残酷
预计在2012年，一些竞争力低下的中小企业将逐渐被淘汰，但也有一些行业外的大型企业利用产业整合期，凭借资本和管理优势涌进该行业，如富士康高调宣称将投资1000亿元进入电池组件环节，未来行业的淘汰与发展将并行。同时，未来行业的竞争，将不是产业链某个环节间的横向竞争，而是一个产业链条之间的整体竞争。为了增强自身的抗风险能力，光伏企业要么自身垂直一体化发展，要么以产业集团军的形式，通过长期合约或控股整合上下游产业链，通过供应链管理降低企业的生产成本。此外，部分资源丰富的西北部城市也纷纷出台以资源换项目的政策吸引光伏企业投资，使得一些企业的光伏业务仅仅是换取其他资源的筹码，企业的小额盈亏已并不重要。业内均认为光伏产业“前途是光明的，道理是曲折的，只要熬过此严冬，未来一片美好”，因此寒冬期的竞争将会更加激烈和非理性。
综上所述， 2012年，我国光伏产业将步入大调整期。虽然产业规模仍将保持稳步增长，产业对外依赖度逐步下降，但由于市场供需失衡严重，外加美国“双反”调查重压，行业竞争将愈加残酷与非理性，产业整合迫在眉睫，企业开始进入薄利时代，优质企业面临国外资本入侵的严峻挑战等

2.5、太阳能多晶硅料
第一层是太阳能多晶硅料生产,技术难度最高,属于产业链最上游。目前屈指可数的生产商有: 美国Hem lo ck、MEMC、挪威REC、日本德山To ykuyam a、住友、Sum itomo、三菱M isub ish i、德国Wa cke r等7家业者,他们对全球的多晶硅供应造成了严重的垄断,全球7大多晶硅企业的总产量占到全球太阳能多晶硅总产量的95%以上。由于技术门槛,几乎没有企业可以很快进入多晶硅生产制造领域,而且产能也远不是全球7巨头的对手。目前我国从事多晶硅研究与生产的主要机构和企业有:峨嵋半导体材料研究所、四川新光硅业、洛阳中硅,另有无锡尚德、江西赛维LDK有发展上游硅料的计划,而且江西赛维LDK已于2007年8月进行了1. 5万吨多晶硅料投产奠基。
2.6、太阳能多晶硅片
第二层是硅片生产,技术难度仅次于多晶硅的制造难度,属于产业链中游。在这一环节主要的技术流程包括铸锭(或单晶生长) 、切方滚磨、用多线切割机切片、化学腐蚀抛光,其中铸锭(或单晶生长)环节属于高能耗,切割机等投资规模亦相对较大,设备投资约占初期总投资的60%以上。主要生产商包括RWE Scho tt So la r、Sha rp、Q - ce lls、BP So la r、Deu t2sche So la r、Kyo ce ra等,中国保定天威英利、江西赛维LDK是这个领域的中国代表,具备生产制造晶硅片的能力。
2.7、太阳能电池、组件
第三层是太阳能电池制造,全球电池厂商有40余家;中国的代表企业是无锡尚德和天威英利,产能产量都属于全球主流的太阳能电池制造商。最下面是组件,将制作好的电池封装,技术含量相对较低,进入门槛低,属于劳动力密集型产业,全球厂商数量超过200家,国内也有相当多企业进行封装作业。
3 、多晶硅
3、1定义及分类
多晶硅是全球电子工业及光伏产业的基石,多晶硅的定义是:当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。多晶硅按纯度分类可以分为冶金级(金属硅) 、太阳能级、电子级。
3.1.1 、冶金级硅:
是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成,一般含Si为95%左右,高达99. 8%以上。
3.1.2 、太阳级硅:
纯度介于冶金级硅与电子级硅之间,至今太阳能多晶硅料未有明确界定,一般认为含Si在99. 99% ～99. 9999% ,主要用于太阳能电池芯片的生产制造。
3.1.3 、电子级硅:
一般要求含Si在99. 9999%以上,超高纯达到99. 9999999% ～99. 999999999% ,主要用于半导体芯片制造。
3、 2太阳级多晶硅生产工艺现状
3.2.1、传统工艺
太阳级多晶硅传统的生产方法主要有氯硅烷( SiHCL3 )法、硅烷( SiH4 )法和流态床反应法3种。
（1）氯硅烷法
氯硅烷法也称西门子法,因此法由西门子公司发明而得名,是目前生产多晶硅的主要方法。该法是以HCL (或CL2、H2 )和冶金级工业硅为原料,将粗硅(金属硅)粉与HCL在高温合成为SiHCL3进行化学精制提纯,接着对SiHCL3进行多级精馏,使其纯度达到9个9以上,其中金属杂质总含量应降到1以下,最后在还原炉中( 1100—1200℃)的硅芯上用超高纯的氢气对SiHCL3进行还原而长成高纯多晶硅棒。
(2)硅烷法
以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料制取硅烷,然后热分解硅烷得到多晶硅的一种工艺。该方法所得到的硅的纯度可比西门子法高一个数量级。
(3)流态床反应法
流态床反应法以SiCL4和冶金级硅为原料,由SiCL4生产多晶硅的生产工艺。
3.2.2、新工艺
除了上述传统生产工艺,近年来还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术,并且有的已经获得成功形成一定产业化规模。
（1）化学法制备太阳能级多晶硅
在电子级多晶硅生产工艺基础上,各制造商都结合本公司的生产工艺研发新的多晶硅反应器装置技术,这是利用现有资源较易实现低成本制造的方法。
① DTokuyama公司:发展了熔融析出法(Vapor to L iquidDeposition) ,该法是在使用SiHC13为原料在桶状反应炉内进行气相反应,直接析出液体状硅。该法的析出速率比西门子法快10倍,大大提高了生产效率降低了成本。
② Wacke公司和SGS公司:分别采用SiHCl3和SiH4为原料采用改进的沸腾床法进行还原和热分解工艺。
③ GT太阳能公司:利用SiH4气体在特殊加热的硅管中沉积多晶硅,除利用硅管面积较大的优点,而且把硅管作为晶种材料。
( 2)冶金法制备太阳能级多晶硅
使用冶金制备的方法直接由工业硅制得,环境污染小而且不需要重熔设备,生产成本相对较低,一直被各国研究者关注。随着材料加工制备技术的发展,新型冶金制备技术也被引入了太阳能级多晶硅的生产研究中,并取得了很大成效。
①电子束真空熔炼
电子束真空熔炼在真空环境中进行,硅在1700K时的蒸汽压为0. 0689Pa,在此温度下,蒸汽压高于此值的杂质就能挥发出去,如磷和铝。

②区域悬浮熔炼
区域悬浮熔炼不是把棒料全部熔化,而是利用感应圈(电子束或离子束)使合金棒加热熔化一段并从下端逐步向上端移动,凝固过程也随之顺序进行,当熔化区走完一遍之后,将杂质富集到上端。此种提纯方法对去除工业硅中的大部分很小的金属杂质非常有效。但此种方法提纯量很小,仅适用于实验室研究,离工业生产应用还有一段很长的路要走。
③等离子弧熔炼
等离子弧熔炼作为一种新型的熔炼方法其作用在材料加工中日显突出,其最主要的用途之一就是用于金属材料的提纯和精炼。由于等离子弧所提供的热量集中,容易出现对炉料加热不均匀的现象,一般都会安装感应线圈,使液态金属运动,称为等离子弧感应熔炼。双热源加热使得热效率明显提高,并且电磁搅拌作用改变了传热传质过程,对液态金属温度均匀体,产生中性、氧化性或还原性气氛。若使用氧化性气氛可以使得硼和碳氧化除去。等离子弧熔炼只要发展大功率等离子弧发生装置就可以实现大容量生产,具有很好的工业应用前景。
④冷坩埚电磁连续铸造
日本学者Ciszek首先把冷坩埚电磁连续铸造引入了太阳能级多晶硅锭的制备,采用此方法时电磁力使得熔硅不与坩埚接触,能有效地防止坩埚对熔硅的污染,并且在连续铸造时控制热流方向可以实现定向凝固,得到了大晶粒柱状晶,光电转换效率达15 - 16%。
4 、太阳能电池
4、1定义及分类
太阳能电池是由美国贝尔研究所于1953年首先研制出来的, 1958年美国“先锋一号”人造卫星首先采用太阳能电池作为卫星的电源, 20世纪70年代出现能源危机以来,世界上又掀起开发太阳能电池的热潮。什么是太阳能电池? 太阳能电池又称光伏电池,一种通过光电效应或光化学效应将光能转换为电能的装置。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋照明,并为电网供电。太阳能电池按化学组成及产生电力的方式,可分为有机太阳电池、光化学电池和无机太阳电池三大类。
4.1.1 、有机太阳电池
有机太阳电池是用聚苯胺、聚对苯乙炔等聚合物有机半导体形成的异质结或与金属形成的肖特基势垒而产生光伏效应的。在太阳电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳电池制备的研究方向。由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本低等优势,从而对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。但其转换效率低、稳定性差,尚处于研究阶段。有机材料制备太阳电池的研究仅仅刚开始,不论是使用寿命,还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品,还有待于进一步研究探索。
4.1.2 、光化学电池
光化学电池是由光子能量转换成自由电子,电子通过电解质转移到另外的材料,然后向外供电。这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳电池受到国内外科学家的重视。自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来,国内一些单位也正在进行这方面的研究。纳米晶TiO2太阳电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1 /5～1 /10,寿命能达到20年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步,走上市场还言之尚早。
4.1.3 、无机太阳电池
无机太阳电池是目前研究和生产的主要产品,主要材料包括晶体硅、硅基薄膜、多元化合物半导体薄膜等。其中晶体硅太阳电池是光伏市场上的主导产品,优点是技术、工艺最成熟,电池转换效率高,性能稳定,是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料, 95%的太阳能电池芯片是硅(含单晶硅及多晶硅)制造的。
4、2太阳能电池现状
1995～2005年间,全球太阳能电池产量增长了17 倍。2005年,全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦,累计装机发电容量超过5GW,其中,日本太阳能电池产量达到762兆瓦,增长率为27%;欧洲产量增加48% ,达到了464兆瓦;美国增加12% ,达到了156兆瓦;世界其他地区增加96% ,达到了274兆瓦。预计2007～2010年光伏产业需求的年均增长率约23. 8% , 2010 年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦,较2005年的年产量增长6. 3倍。
与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,中国落后于发达国家10～15年,甚至明显落后于印度。但是,中国光伏产业正以每年30%的速度增长, 2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW,较2004年猛增了179% , 2006年达到400MW,从而超过美国成为全球第三大生产国, 产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍,产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。在今后的十几年中,太阳电池的市场走向将发生很大的改变,到2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统,从2011年到2020年,中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统,包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。在国家各部委立项支持下,目前中国实验室太阳能电池的效率已达21% ,可商业化的光伏组件效率达14～15% ,一般商业化电池效率10～13%。目前中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降,太阳能电池的价格逐渐从2000年的40元/瓦降到2003年的33元/瓦, 2004年已经降到27元/瓦。这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用,对实现与国际光伏市场接轨具有重要意义。
5 、存在的主要问题
（一）行业发展面临“高能耗高污染”的误导
光伏产业特别是上游多晶硅环节发展时间短，在发展初期由于技术尚未完全掌握，部分企业存在能耗高、副产物得不到充分利用等问题，光伏产业戴上了所谓“双高”的帽子。虽然近些年来，随着多晶硅企业规模的壮大和技术的进步，生产能耗不断降低，万元GDP产值已达到全国平均水平，绝大多数企业已实现闭环生产，四氯化硅等副产物也得到有效利用，但“双高”的帽子并没有从多晶硅头上摘掉，反而被错位至下游的电池组件环节，认为“光伏产品大量出口相当于大量输出紧缺能源”，使得光伏项目的审批、技改、产品出口等受到制约，严重影响我国光伏产业的战略性新兴产业布局。据悉，相关部门在2012年有可能对光伏产品的出口退税进行调整，此举无疑使我国光伏产业发展雪上加霜，加剧产业走出困境的难度。
（二）供给端过热投入影响产业健康发展
资金持续投入可能导致供过于求。仅我国2012年的产能已大抵可满足全球未来几年的光伏市场需求。但2010年我国光伏行业高额的投资回报率，使得资本持续涌向该领域，尤其值得关注的是，当前为“十二五”发展规划期，各地方政府纷纷出台各种优惠政策，进一步催动各种资金要素持续投入到光伏产业中，产能的持续扩大，可能导致供大于求。据统计，在十二五期间，我国地方政府规划建设千亿光伏产业园区就达到二十个，规划产值达到2万亿元，而据EPIA预计，2015年全球光伏装机约为45GW，按8元/瓦计，全球市场安装需求也仅为3600亿元，差额巨大。
（三）有效引导产业发展面临整合成本高的制约
未来一段时间，我国光伏产业整合将不可避免。但在整合过程中也存在较多的问题：在光伏产业链各环节的企业中，除了硅锭/硅片环节的企业情况稍好之外，多晶硅企业由于规模小，生产成本高，可能面临无法收购的问题。电池片和组件企业的售后服务问题也将阻碍该环节收购成本估算的顺利进行。因此一些大企业也表示“与其兼并不如新建”。光伏产业属于资本密集型产业，加上地方政府的大力支持，很多光伏项目的融资与地方政府有着千丝万缕的关系，光伏企业的倒闭除了对当地就业带来影响外，还有可能影响到地方政府的呆账和坏账，甚至会引发类似于温州借贷危机的社会问题。
（四）市场规模化启动面临并网难的牵制
国内光伏市场启动主要症结在于光伏并网。一是并网标准滞后，光伏发电的波动性使得其在接入电网时，可能会产生谐波、逆流、网压过高等问题，对现成电网造成一定的冲击，因此也受到电网公司的消极处置。二是电源结构不合理，光伏发电的间歇性和不可预测性等特点使得在调峰调频方面需要较多的其他电力来平衡，如抽水储能、燃气燃油电站等，这将给电网的调度增加负担，也会影响到现有电厂的利益。三是电网配套落后，利益关系有待厘清，我国并网的光伏项目主要建设于西北地区，就地发电就地消化，但当地电网的消纳能力有限，而若不能尽快建成高压远距离输电，实施大区域调度和理顺电网公司等各方利益关系，则并网难的问题仍将存在，国内光伏市场的启动可能仍将是空口号。
（五）过度依赖国外市场制约产业规模发展
我国光伏产业的发展主要依赖国际市场，预计2012年仍有近90%的太阳能电池用于出口。随着全球金融危机的冲击，发达国家加强对本国新能源产业的保护，我国光伏产业发展面临国际贸易保护主义的严峻挑战，一旦国外补贴政策发生变动或实施贸易保护，我国光伏产品的市场格局将被冲击。特别是国内还没有大规模应用的情况下，企业生存将会受到严重影响。因此，如何针对我国实际情况加速扩大国内光伏市场规模，必须抓紧研究。
总的看，明年我国光伏产业将面临“高能耗、高污染”的误导有待更正，国内市场启动受“并网难”制约，产品对外依赖性仍过高，产业整合成本较大，行业规范难度不小等问题。
6 、多措并举发展光伏产业
据了解，中国目前的太阳能光伏发电成本大概在5元/度左右，相比不到0.4元/度的火电上网电价，高出十多倍。石定寰和闻立时等业界人士深有感触地说，如果没有政府的支持，太阳能产品将很难冲破人们传统观念的束缚，得到大面积推广。政府推动将是太阳能产业发展初期节能商机的主要来源。当前国家亟须加强政策引导，促进行业发展，缩短国际差距。
首先，制定我国和各省以“培养光伏应用市场和促进光伏产业发展”为目标的中长期规划，从法律上规定和细化可再生电力采购比例和重点用途。甚至可以效仿德国，对上网的光伏发电实行全部政府收购、固定收购价格的制度。只有让光伏发电成为一种投资，才是做大这项产业的最大推动力。德国就是凭借这些优惠政策使全国的光伏发电装机超过100万千瓦，超越日本成为世界第一的。　　　
其次，鼓励民用上网。借鉴国外经验逐步启动和实施真正意义的我国和各省市的＂光伏屋顶计划＂，确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。比如可以借鉴一些发达国家普通建设必须要有光伏产品的经验，发达地区公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。
第三建立专项资金扶持专项应用，在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国内电费中抽出专项资金到光伏产业中；贫困地区发展光伏用电，政府补贴一部分，企业支持一部分，以成本价支持等。
太阳能利用是未来能源发展的大势所趋，据国际能源署预测，2020年世界光伏发电的发电量将占总发电量的2%。今后应大力扶持上游高纯度硅原材料产业，降低光伏电池成本，进而加快光伏并网电站成本的降低和应用推广。
7 、建议
7.1核心材料生产要规模化、国产化。
要解决“两头在外”这一最根本的问题,突破口在于要自己掌握高纯度多晶硅的提纯技术。世界上只有少数国家具备高纯度多晶硅的提纯的能力,其核心技术长期对外封锁,虽然最近2年有所放松,愿意向我们输出核心技术,但我们也必须能自己拥有这个技术,并使其生产规模化,这样才能真正意义上做到核心器件的全面国产化。这个问题的解决需要科技界、工业界、产业界共同的努力,突破技术瓶颈,为此,科技部已经863计划的第一年2005年就重大技术与专题方面做出了部署。
7.2专业技术人才培养要系统化、全面化。
目前我国相关的高等院校和研究机构偏重于太阳能材料的研究,在高层次高技术方面上投入较多,而在涉及到生产工艺这较低层次方面上投入不足。我们认为教育部可以批准在太阳能产业相对发达的所在省市建立相关专业技术人才培养基地或在相关院校开设太阳能系统工程专业,以校才。在太阳能企业所在地的高校可