太阳能硅材料的发展前景调研-新修订

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1、太阳能电池级硅材料行业调研报告太阳能电池级硅材料行业调研报告 1国内外光伏发电现状国内外光伏发电现状 1.1 全球光伏发电现状全球光伏发电现状 1.1.11.1.1 2008 年全球光伏发电累计装机容量：年全球光伏发电累计装机容量：14GW 为了扶持和促进太阳能发电产业的发展，很多国家都制定了相关的激励政策 用于鼓励产业界以及科技界对该产业的投入，太阳能产业已初具规模。 2008 年全球光伏发电累计装机容量为 14.5GW， 1992 年仅 0.1 GW。 特别是 2000 年以来，全球光伏发电装机容量以每年 40%的速度增长，仅 2008 年一年就新 增 6GW。光伏发电仅满足全球 0.1%

2、的电力需求。但发展速度惊人。 1.1.21.1.2 全球光伏发电装机容量变化全球光伏发电装机容量变化 2009 年全球新增光伏 发电装机容量 7.2GW ，其中德国 3.8GW，约占全球的 1/2。 欧洲之外， 最大的市场是日本， 新增装机容量预计为 1GW， 其次为美国 0.8GW。 2010 年全球新增光伏 装机容量 16GW，是上年新增容量的两倍。德国和意大利的数 据大约分别为 7GW 和 3GW。欧洲其他主要国家的太阳能光伏 发电新增装机容量预 计为捷克 1.3GW，法国 0.5GW，西班牙 0.4GW，比利时 0.25GW 以及希腊 0.2GW。 2010 年全球太阳能光伏 累计装机

3、容量接近 40GW，比 2009 年的 23GW 增加 70%。 2011 年全球新增光伏 装机预计 19GW。 1.2 中国光伏发电现状中国光伏发电现状 中国太阳能发电产业起步晚，发展快，空间大 截至 2008 年底，中国累计光伏 装机量仅为 145MW。 中国政府的一系列光伏激励政策促进了中国光伏市场的快速增长。2009 年中 国年度光伏新增装机量达到 160MW，超过了截至 2008 年底的累计安装总量。2010 年实际新增装机量超过500MW。 截止到2010年底， 光伏累计装机容量为800MW左右， 仍未达到 1GW。 2011 年新增光伏 装机预计 500-700MW。 表 1 近

4、几年年新增光伏发电装机容量/MW 20062007200820092010 中国102040160500 全球160329325950738016000 中国占全球的比例0.6%0.7%0.7%2.2%3.1% 1.3 光伏发电发展展望光伏发电发展展望 太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利 用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继 lT、微电子产 业之后又一爆炸式发展的行业。 中国的光伏市场刚刚在胚胎期，虽然目前光伏发电因成本居高不下仍无法盈 利，光伏产业的前景依然是“一片大好” 。国家在“十二五”期间对以光伏产业为 代表的新能源扶持政策的逐一出

5、台及落实会对光伏行业的发展带来很多机遇。 随着中国光伏市场规模的逐渐扩大， 对于目前中国光伏市场的发展，“十二五” 期间国内市场在中国光伏企业销售市场中将占据越来越重要的地位； 业内人士指出， “十二五”期间将通过实施新能源配额制，落实新能源发电 全额保障性收购制，以及深化电力体制改革等系列措施，光伏发电并网难的问题 予以解决。光伏产业的要素已经具备，时机已经成熟，后续随着国家政策在“十 二五”逐一落实，光伏产业的井喷时代即将来临。 2太阳能电池太阳能电池 2.1 太阳能电池分类及简介太阳能电池分类及简介 太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把 光能转换成电能的能量

6、转换器，就是太阳能电池。太阳能电池是光伏发电系统的 核心部件。太阳能电池工作原理的基础是半导体 PN 结的光伏效应。所谓光伏效应 就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的 一种效应。 太阳光照在半导体 p-n 结上形成新的空穴一电子对，在 p-n 结电场的作用下， 空穴由 n 区流向 P 区，电子由 P 区流向 n 区，接通电路后就形成电流。这就是光 电效应，也是太阳能电池的工作原理。(见图 11) 图 1 太阳能电池中的光伏效应 2.1.12.1.1 太阳能电池的制造太阳能电池的制造 经过多年的发展，且前的太阳能电池主要采用硅为原料。硅太阳能电池是用 硅单晶片、

7、多晶片或薄膜片制作出来的。硅单晶片从一个在 1400 度环境下产生的 高纯度的大晶块中切割而成。多晶片的制作工艺是先铸造出多晶硅锭，然后再切 成薄片。非晶态硅薄膜电池，是通过把一种含硅的气体(如：硅烷)中硅沉积到一 个玻璃底片上来制作出来的。另外的薄膜技术太阳能电池包括多晶硅薄膜太阳能 电池、铜铟硒化合物镉硫化合物薄膜太阳能电池、铬的碲化物铬的硫化物电 池和镓的砷化物电池。硅太阳能电池片的生产工艺流程见图 12。 硅片硅片 去损伤层去损伤层 制绒清洗制绒清洗 扩散制结扩散制结 去鳞硅玻璃去鳞硅玻璃 等离子刻蚀去边等离子刻蚀去边 镀减反射膜镀减反射膜 丝网印刷丝网印刷 高温烧结高温烧结 测试分档

8、测试分档 包装入库包装入库 图 2 太阳能电池片生产工艺流程 2.1.22.1.2 太阳能电池分类太阳能电池分类 太阳能电池按型态，可以分成 Bulk 与 Thin-film 两种型态。目前，单晶或多 晶硅块状太阳能电池占整个硅系太阳能电池市场的 85%以上，是目前的主流产品。 块状硅太阳能电池的分类见图 3： 图 3 块状太阳能电池分类 薄膜（Thin-film）太阳能电池包括多晶硅、非晶硅、微晶硅、在廉价衬底上 硅、化合物半导体材料（CdTe、CIS）系，以及新材料，如 ： 色素增感，有机系等。 薄膜太阳能电池的分类见图 4。 图 4 薄膜太阳能电池分类图 2.1.2.1 单晶硅太阳能电池

9、单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中， 单晶硅太阳能电池转换效率最高， 面积小， 输出功率大， 稳定性好， 使用寿命长(一般可达 20 年以上)， 但原材料成本较高， 弱光特性较差， 生产工艺复杂，故售价也较高。 2.1.2.2 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 同单晶硅相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转化率与单晶硅太阳能电 池比较接近，因此，多晶硅太阳能电池是未来地面应用的发展方向之一。 一般商品多晶硅太阳能电池组件的转换效率为 12%14%。商品多晶硅太阳能 电池的产量占硅太阳能电池的 50%以上。它是太阳能电池的主要产品之一。 2.1.2.3 多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池多晶硅和微晶

10、硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350450m 的高质量硅片上制成的，这 种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省 材料， 人们从 70 年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜， 多晶硅和微晶硅 薄膜太阳能电池就由此而产生了。 多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有 可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜 电池，因此，在解决好技术问题之后，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市 场上占据主导地位。 2.1.2.4 非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅太阳能电池的转换效率较低（

11、约 68%左右） ，面积较大,但因其原材料 成本较低,可便于大面积工业化生产，今后最有希望用于一般大面积发电的将是这 种电池. 随着制造技术和新材料的应用，一旦它的大面积实用组件光电转换效率达到 10-15%以上， 每瓦发电设备的价格降到 12 美元时， 便足以大面积得到广泛应用， 并将逐渐取代现在常规能源。 2.1.32.1.3 太阳能电池的制作过程太阳能电池的制作过程 硅太阳能电池或者是用单晶片或者多晶片或者薄膜片制作出来的。 单晶片从一个在 1400 度环境下产生的大晶块中切片出来的 （大约 1/3 到 1/2 毫米厚） 。这个加工过程的花费很昂贵。硅必需是高纯度和有一个完美的晶体结构

12、的，见图 5。 图 5 太阳能电池片生产工艺流程 2.1.42.1.4 国内外太阳能电池行业发展现状及分析国内外太阳能电池行业发展现状及分析 目前，晶体硅太阳能电池因丰富的原材料资源和成熟的生产工艺而成为太阳 能电池研发和产业化的主要方向，而多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池虽然具有较 高的转化效率和相对较低的成本，但生产工艺还不成熟，还没有大量产业化，所 以主流产品还是晶体硅太阳能电池，具体比例如下图： 图 6 太阳能电池主要种类及市场分额 2.1.4.1 国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势 太阳能电池追求的总体目标仍然是提高转换效率和降低成本。单晶硅太阳能 电池

13、使用年限较长，转换效率较高，一般在 1516之间，但相对较贵；而多 晶硅太阳能电池制造流程较为简单， 相对也比较便宜， 但转换效率较低， 约 14 15，两者为目前全球太阳能光电应用比例最高者，合计市场占有率已经达到 90 。 2006 年全球太阳能电池总产量 2500MW， 比 2005 年产量 1758 兆瓦增长 41.1%， 其中日本的产量达到 928 兆瓦，比 2005 年 833 兆瓦增长 11.4%，是全世界第一大 生产国，占全世界 37.1%；欧洲太阳能电池的生产量为 657 兆瓦, 比 2005 年 470 兆瓦增长 39.8%；美国太阳能电池的生产量为 202.0 兆瓦, 比

14、 2005 年 154 兆瓦增 长 31.1%；其他国家地区太阳能电池的生产量为 714 兆瓦, 比 2005 年 302 兆瓦增 长 136.4%，大幅增长，中国、台湾增长很快，其中中国太阳能 2006 年电池产量 达到 369.5MW，已经超过美国成为世界第三大太阳能电池生产国。图 6.2 给出了 19952006 年世界太阳电池生产量的增长情况： 图 7 19952006 年世界太阳能电池产量（PVNET2007.3） 太阳能光伏产业对薄膜太阳能电池的发展给予了很大希望，但是薄膜电池的 技术进步比预想要慢、要难。硅基薄膜电池将来有可能成为未来的主流方向，但 至少在 2020 年前，晶体硅

15、电池还是光伏发电的主流产品。 2.1.4.2 国内硅太阳能电池产业发展现状及面临的主要问题国内硅太阳能电池产业发展现状及面临的主要问题 我国从 1958 年开始研制太阳能电池，1959 年第一块有实用价值的太阳能电 池诞生，1971 年 3 月首次应用太阳能电池为科学实验卫星的电源，开始了太阳能 电池的空间应用，1973 年首次在灯浮标上进行应用太阳能供电的实验，开始了太 阳能电池的地面应用。 在“九五”以前，我国太阳能电池产量还很小，只占世界太阳能电池的很少 一部分。近几年来，随着全球光伏产业的蓬勃发展，我国太阳能光伏产业也迅速 成长，尤其在无锡尚德太阳能电力有限公司扩产进入世界前八位之后，

16、太阳能电 池产业无论从产量和技术研发上都有了长足的进展，新增了数条规模在 25MW 以 上的太阳能电池片生产线，形成了一定的规模的生产能力，我国光伏产业规模和 技术水平都已有很大提高。到 2005 年底，我国已有 10 多家具有规模的太阳能电 池专业生产厂，晶体硅太阳能电池的年生产能力已超过 300 兆瓦，非晶硅太阳能 电池年生产能力达 10 兆瓦以上，太阳能电池组件的生产能力已在 400MW 以上。 2005 年我国太阳能电池片的总产量达112MW 左右， 比2004 年54MW， 增长107%。 2006 年我国太阳能电池产业更是获得爆发是增长，全年电池片产量达到 369.5MW，同比 增长 230。而太阳能电池总产能初步估计已经达到 1600MW。 我国从 1958 年开始研制太阳能电池，1959 年第一块有实用价值的太阳能电 池诞生，1971 年 3 月首次应用太阳能电池为科学实验卫星的电源，开始了太阳能 电池的空间应用，1973 年首次在灯浮标上进行应用太阳能供电的实验，开始了太 阳能电池的地面应用。 全球太阳能市场爆发性膨胀，刺激了我国太阳能