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1、太阳能电池行业对错的需求现状分析及展望2010-02-23一、太阳能电池行业发展现状能源是国民经济和社会发展的基础，是人类社会赖以生存和发展的重要物质 保障。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改 进和更替，能源技术的进步极大地推进了世界经济和社会的发展。能源安全问题 始终是国际社会关注的焦点。近十年来，世界太阳能光伏发电产业和市场在技术进步、严峻的能源替代形 势、人类生态环境（地球变暖）压力和世界各国发起的大规模国家光伏发展计划 和太阳能屋顶计划的刺激和推动下，世界光伏产业呈20-50%快速发展，光伏产 业成为全球发展最快的新兴行业之一。详见欧盟联合研究中心2008
2、年光伏现状 报告，图1（1990年-2007年全球太阳能电池产量图）、图2（2006-2012 年全球太阳能电池产量及产能增长预测图）。但较高的发电成本及原材料的缺乏 制约了其大规模发展。以高转换效率和低电池材料消耗为核心的薄膜光伏技术研 究，越来越受到人们的重视，降低光伏发电成本被人们寄予厚望。详见图3 （2006-2012年薄膜技术比例快速增长图）。图1 1990年-2007年全球太阳能电池产量图图2 2006-2012年全球太阳能电池产量及产能增长预测图书ODO0.000m aoz25 30D20 OODis.aoo- ROW USA Taiwan China Ewwe Jap-a nP
3、roJuciion ProduconGap机ityPanned200S20072007Cptity200SPlannedPlannedP 后邛ledCWpMityCapiMiityCpati Ly20。，20102012图3 2006-2012年薄膜光伏技术比例快速增长图s.)D.a4Q.OOO.O35.-OOD.O3a.flCD,025.MD,D2a.HiD,a10.HXJ.O5.-MD.0ao Crystsliin SilicorTnin Films二、高效率太阳能电池技术的发展和现状自六十年代第一代晶体硅太阳电池研制成功，经过各国光伏工作者的不懈努 力，到目前为止，第一代品体硅太阳电池的
4、实验室效率达到了 24.7%，大规模 生产商用产品的效率为17%以上。尽管如此，由于受单晶硅材料价格及繁琐的 加工工艺限制，致使单晶硅太阳电池成本居高不下。自八十年代第二代GaAs、CuInSe2和CdTe等太阳电池也取得了令人瞩目的 成就，GaAs、CuInSe2和CdTe等薄膜电池的实验室效率目前分别为25%、16.5% 和18.5%，虽然仍有望在效率上进一步突破，但前者稳定性差，后者又较难制 作。非晶硅及氢化非晶硅的来源较广，但是转换效率较低且大面积薄膜制作也存 在价格高的问题。自九十年代以来，第三代化合物半导体叠层电池因其高效率、高电压和高温 特性好等优点，可实用的转换效率为28%32
5、%，聚光后最高达到42.8%，被广泛 应用于空间卫星太阳能电池、国防边远山区雷达站、微波通讯站，在未来光伏发 电领域具有现实而广阔的应用潜力。但是锗和神化镓的材料成本远大于硅电池的 材料成本，而电池片的价格是光伏系统成本最主要的部分。因此，高额成本成为 制约光伏发电大规模应用的主要障碍。聚光技术是通过采用廉价的聚光系统将太阳光汇聚到面积很小的高性能光 伏电池上，从而大幅度降低电池片的消耗量和光伏发电成本的最有效方案。早在 1989年，GaAs/GaSb机械叠层双结太阳电池的效率已达32.6%(AM1.5， 100-suns)。1995 年 Fraunhofer ISE 和 Calibratio
6、n 实验室研制的 Ga0.51In0.49P/GaAs整体级联双结太阳电池，效率为31.1%(AM1.5，300 一 suns)。2005年5月，美国可再生能源实验室报道其三结太阳电池在10倍聚光 条件下的效率为37.9%。2005年6月，美国Spectrolab公司报道其多结太阳电 池在236倍聚光条件下的效率为39%。2006年12月，该项世界纪录被其刷新为 40.7%，这次突破可使安装成本降至3美元/瓦，发电成本约8-10美分/千瓦时， 这在利用太阳光发电方面树立了新的里程碑。2007年6月，该项世界纪录又被 刷新，美国特拉华大学和工业界组成的联盟最近宣布已研发出全球光电转换效率 最高(
7、42.8%)的太阳能电池，比其他类型太阳能电池高出大约30%，是目前最 好的硅太阳能电池的2倍。表1给出了截止到2008年底报道的各种地面应用聚 光太阳电池和模块的效率。表1 2008年底各种地面应用聚光太阳电池和模块效率分类效率(%)面积 (cm2)强度聚光比(suns)测试中心(和时间)单结电 池GaAs27.81.00.203216Sandia (08/1988)Si26.80.81.6096FhG-ISE(10/1995)Si27.61.01.0092FhG-ISE(11/2004)CIGS （薄膜）21.51.50.10214NREL(02/2001)多结电 池GaInP/GaAs/
8、Ge (2端)34.71.70.267333NREL(09/2003)GaInP/GaInAs/Ge (2端)39.32.30.378179NREL(08/2006)GaInP/GaInAs/Ge (2端)40.7236Spectrolab (12/2006)GaInP/GaInAs/Ge (2端)42.8_特拉华大学（06/2007）GaInP/GaInAs/Ge (2端)40.0_ISE/RWE (10/2008)子组件GaInP/GaAs/Ge27.01.53410NREL(05/2000)组件Si20.30.8187580Sandia(04/1989)聚光太阳电池、模块的效率成本预测见
9、表2。表2聚光太阳电池、模块的效率成本预测参数当前成本(2007)目标成本(2015)安装费用7-10美元/W30美分/度7美分/度系统可靠性-IEC质量标准5年20年商业系统效率17%29%-36%一流设备效率40.7%(田-V)； 26.8%(Si)48%(田-V)； 28%(Si)商业设备效率35%-37%(田-V)； 20%-26%(Si)42%(田-V)； 22-26%(Si)光学效率75%-85%80%-90%田-V电池成本10-15 美元/cm23-5 美元/cm2聚光光伏技术如能切实降低成本，并付诸应用，将在世界范围内改变电力的 产生方式，进而改变世界的能源结构。三、全球太阳能
10、电池用错晶片生产情况及产量预测错是典型的稀散金属，是一种极为重要的战略资源，在保障国家安全和国民 经济建设中具有重要作用。全世界可供开采的错资源比较缺乏，已探明的错资源 储量8600吨，我国错资源储量6100吨居世界第一。目前，全球太阳能电池用错晶片最大生产商是比利时优美科(Umicore)公司 和美国的AXT公司。现在国际上错衬底化合物半导体叠层电池生产线均为4英寸 生产线。为了降低成本和提高成品率，比利时优美科公司(直拉CZ法)和美国 的AXT公司(垂直梯度凝固VGF法)均已研制成功六英寸太阳能电池用错单品。 未来太阳能错单晶主流产品也将由4英寸向6英寸转变。2008年优美科公司销售四英寸
11、太阳能电池用锗晶片约50万片。美国AXT公 司2008年销售四英寸太阳能电池用锗晶片约30万片。随着三结太阳能电池技术 的高速发展，预计全球高效率太阳能电池用锗晶片未来五年的年增长率将达到 30%。为此优美科公司和美国的AXT公司在2008年先后计划扩大生产能力一倍， 比利时优美科(Umicore)公司计划年产能力四英寸太阳能电池用锗晶片100万 片。美国AXT公司计划年产四英寸太阳能电池用锗晶片60万片。在中国，云南临沧鑫圆锗业股份有限公司和中科院半导体研究所联合投资成 立云南中科鑫圆品体材料有限公司，重点开发高效率太阳能电池用锗单品及开盒 即用锗晶片，项目一期于2008年底已经建成年产0.
12、5-1.5万片的中试生产线， 产品已送国内外客户认证并销售。项目二期计划于2011年底建成年产4英寸太 阳能电池用锗晶片30万片生产线。预计未来几年全球太阳能电池用4英寸锗品 片产量以年增长率30%增加，如下表3。表3 2009-2015年全球太阳能电池用4英寸错晶片产量/产能预测009年2010 年2011 年2012 年2013 年2014 年2015 年50万片195万片253.5万片329.55万片428.42万片556.94万片724.02万片0.5吨13.65 吨17.75 吨23.07 吨29.99 吨38.99 吨50.68 吨四、太阳能电池行业对错的需求展望(一) 空间的应用
13、以锗衬底的化合物半导体叠层电池在空间的应用将进一步加强，聚光技术的 应用将使未来需求趋于稳定。第三代化合物半导体叠层电池因其高转换效率、高电压和高温特性好，而越 来越被各国运用到空间供电电源中。目前全球在空间供电电源中已超过80%的比 例采用了以锗衬底化合物半导体叠层电池。可以预计在未来35年，这一比例 还将会提高到95%。但应用聚光光伏技术可以大幅度降低电池芯片的消耗，使空 间未来需求将趋于稳定。因地球同步卫星轨道的限制，未来五年人造卫星的发射 量将会趋于稳定，每年大致在5060颗左右，根据卫星大小的不同，每颗普通 卫星大约需要高效太阳能电池用锗晶片约600015000片，每颗大型卫星的太阳
14、 能用锗晶片将达到数万片，空间站的建立及维护所需要的太阳能用锗晶片数量更 为巨大。预测2010年达到90%采用以锗晶片为基板的三结太阳能电池，2010 年后预计以每年近15%的增长，经测算，20102015年空间卫星年需太阳能电池 用锗晶片数量见下表4：表4 2010-2015年空间卫星太阳能电池用错晶片年需求预测2010 年2011 年2012 年2013 年2014 年2015 年55.2万片63.5万片73.0万片84.0万片96.6万片111.0万片新浪科技讯北京时间6月20日消息，近日美国国防部太空安全局向政府要 求拨款100亿美元用于筹建宇宙太阳能发电实验卫星计划；而第一步是在10
15、年 内发射一颗输出功率为1万千瓦级的小型实验卫星，在外太空做实证研究。根据 项目研究报告，如果能建成宇宙太阳能发电站，它一年内采集的太阳能相当于地 球上已探明储量的常规能源总和。其计划内容是在轨道空间站装备一个近千米长 的太阳能电池板来吸收太阳的能量，将这些能量转化为激光束或微波传递到地 面，为美国在全球各地的战场提供电能。新浪科技讯 北京时间9月17日消息，据美国物理学家组织网报道，日本打 算开发一个耗资2万亿日元（约合210亿美元）的太空太阳能工程，该工程将在 30年时间里实现以微波或激光的形式，把电从太空传送到日本的大约30万个家 庭。据来自日本政府能源经济研究所的消息，该工程将由包括三菱重工业株式会 社（MHI）在内的16家公司的科研人员组成的一个研究组实施，这个科研组
