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从硅单晶到非晶硅 新中国半个世纪逐日脚不停歇

2009年09月15日 ?? 收藏0

  从1958年中国开始研制第一片晶体硅光伏电池以来,到现在已走过半个多世纪。光伏专家、上海交通大学太阳能研究所所长崔容强告诉记者:“中国的太阳能电池也经历了从无到有、从空间到地面、由军到民、由小到大、由单品种到多品种以及光电转换效率由低到高的艰难而辉煌的历程。”

  据统计,从2002年至今,中国太阳能电池产量猛增了77倍。2008年,我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一,连续两年成为世界第一大太阳能电池生产国。

  1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应;1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池;1983年美国在加州建立了当时世界上最大的太阳能电厂……人类从来未曾停止过追逐太阳的步伐。

  1958,我国研制出了首块硅单晶

  中科院院士、中科院半导体研究所研究员王占国对记者说:“美国1957年左右拉出了首块硅单晶,我国1958年也研制出了首块硅单晶,随后,中科院物理新成立的半导体研究室正式开始研发太阳能电池。”

  最初,研发出的电池主要用于空间领域。从1958年到1965年间,半导体所研制出的PN结电池效率突飞猛进,10×20mm电池效率稳定在15%,同国际水平相差不大。

  1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。

  于是,包括王占国在内的6人小组开始进行人造卫星用硅太阳电池辐照效应研究,实验过程中,由于技术不成熟、设备落后,致使王占国的右手严重电子灼伤,从此他一直饱受痛苦,直到1978年夏天进行植皮手术才有所缓解。记者注意到,王占国院士右手手背上有一些黑色的褶皱,这正是老一辈科学家殚精竭虑献身科学的印记。

  经过刻苦攻关,实验结果给研究人员带来巨大惊喜。王占国院士介绍,NP结硅太阳电池抗电子辐照的能力比PN结硅电池大几十倍!随后,半导体所做出了将硅PN电池改为NP定型投产的决定,生产出了5690片NP结硅太阳电池,其中达到空间应用要求的成品3350片,圆满完成了“实践1号”卫星用太阳能电池板的研制、生产任务。1971年实践1号发射升空,在8年的寿命期内,太阳电池功率衰降不到15%,该项目在1978年全国科学大会上获重大成果奖。

  1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。

  王占国院士说:“70年代末,我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究,该电池具有很高的光发射和光吸收系数,1999年,2×2cm2电池的转换效率达22%。”

  1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。

  1998,我国太阳能产业有了第一个“吃螃蟹”的人

  上世纪80年代开始,我国太阳能电池开始进入萌芽期,研发工作在各地次第展开,但进展缓慢。

  崔容强介绍说,1986年国家计委在农村能源“1986—1990年第七个五年计划”中列出了《太阳电池》专题,全国有6所大学和6个研究所开始进行晶体硅电池等的研究。

  20世纪80年代末期,国内先后引进了多条太阳能电池生产线,包括云南半导体厂从加拿大引进的1MW(兆瓦)生产线等,使中国太阳能电池的生产能力由原来的几百KW(千瓦)一下子提升到4.5MW,这种产能一直持续到2002年,产量则只有2MW左右。

  “90年代中末期为我国太阳电池稳步发展期,经过引进、消化、吸收和再创新,太阳电池生产技术和工艺得到稳定发展和提高,生产量稳步增长,基本满足了国内市场的需要并有极少量的出口。”崔容强说。

  1998年,我国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目,这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。可是,当时太阳能产业发展前景尚不明朗,加之受政策因素制约,令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下,苗连生毅然逆势而上,争取到了这个项目的批复,成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。

  2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。

  2005年12月14日,无锡尚德太阳能电力公司在纽约证券交易所上市,尚德的横空出世及超常规发展带来的“首富效应”启动了中国太阳能产业的加速器,国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。

  天威英利公司相关负责人介绍,2003年12月19日,该公司的项目正式通过国家验收,全线投产,填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。

  2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长,目前,我国太阳能电池产量占到世界总产量的30%。

  王占国院士指出:“近年来我国太阳能电池相关的技术研发取得了一些突破,但是,与国外相比可能还存在一些差距,主要表现在技术水平、产业和市场发展等方面。比如,几种典型太阳电池的实验室最好效率都比国外要低,我国单晶硅、多晶硅的实验室效率分别为19.8%、16.5%,而国外的分别为24.8%和19.8%。”

  而且,王占国院士表示,我国太阳能电池制造中,很多设备都是从国外进口,耗费了企业大笔资金,所以,我们应该加大设备的研发和制造,以降低成本。


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非晶硅? 太阳能? 薄膜电池? 生产线?

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