光伏发电的未来及硅材料 赵玉文  * * 光伏发电的未来及硅材料 1。光伏发电的未来趋势及硅材料 2。太阳级硅材料短缺引起的效应 3。太阳级硅材料纯度讨论及思考 4。结语 1．光伏发电的未来趋势及硅材料 1）太阳能光伏发电是未来最重要的战略能源  ◆ JRC预测 “ European  Roadmap for PV R&D”,      European  Commission Joint Research Center,      2004 EUR    21087 EN）  ◆欧洲光伏工业协会(EPIA) 的预测：     2020年：光伏组件年产量：40GW                      系统总装机容量：195GW                      光伏发电量：274TWh,                          ＝2020年全球发电量的1％                      光伏组件成本：1美元/Wp     2040年：光伏发电量：7368TWh,                      ＝ 2040年全球发电量的21％ ◆  IEA-PVPS预测      2020年光伏发电占世界总发电量1％，2040年 20％  ◆世界光伏发电发展路线图 Year  2000  2010  2020  2030  USA (GWp)  0.14  2.1  36  200  Europe (GWp)  0.15  3.0  41  200  Japan (GWp)  0.25  4.8  30  205  World-AIP (GWp)  1.0  14.0  200  1850  Sources：Japanese，US，EPIA and EREC 2040 scenarios     EREC - European Renewable Energy Council，     EPIA - European Photovoltaic Industry Agency，     AIP - Advanced International Policy Scenario 3. 2 10. 5 20 . 16 47 . 4 电子级硅比例，% 2292900 386700 112720 38000 合计 72900 40700 22720 18000 电子级硅总需求量，吨 2220000 (+20000) 346000 (+14000) 90000 (+9000) 20000 (+7900) 太阳级Si总需求量，吨 8 9 11 12 SG－Si消耗，g/Wp 0．70 0．80 0．9 0 . 93 晶硅电池份额，％ 400 50 10 2 ． 5 光伏组件年产量，GW 1850 200 14 8．0 光伏累计安装量，GW 2030 2020 2010 2006 年 2）未来（至2030）超纯多晶硅材料的总需求思考，吨 注:电子级硅材料的总需求，吨，按照6％年增长率考虑         未来硅材料需求结构将发生重大变化：超纯硅材料（电子级＋太阳极）硅材料不但需求量极大（两百万顿量级），而且对能源、环境、社会的可持续持续发展具有极端重要意义。         太阳级多晶硅材料逐渐成为高纯多晶硅材料主体。当太阳级硅材料比例超过90％、总量在百万顿以上时,硅材料供应格局将发生根本性变化。而且这个庞大的产业也必须是节能的环境友好的。          我们应该以这种新格局和要求考虑未来硅材料制造技术和产业的发展。 2．太阳级硅材料短缺引起的效应 1）正面效应：促进了光伏发电技术的全面提升：       ?加速了太阳级硅材料产业发展和技术进步，         促进了太阳级硅材料新方法的探索和开发；       ?促进了晶硅电池及组件技术的提升：                电池效率，硅片减薄，薄片电池技术，                产业化技术（高度规模化和自动化），                大组件技术发展等。        ?加速了薄膜电池发展         硅基薄膜(a-Si，?c-Si, a-Si/?c-Si)，         CdTe，         CIGS。。。。   ? 促进了聚光光伏技术发展  ? 其它：促进了其它可再生能源技术的发展                如太阳能热发电技术等。 2）负面效应：       ? 硅材料大幅度涨价，增加了光伏发电成本， 减          缓了光伏发电成本下降趋势等，我国尤其严          重。国际市场价格从过去的25美元/kg涨到50美          元/kg时，我国部分公司甚至要200美元/kg以上          才能买到。       ? 由于材料短缺和价格飞涨，在利益驱动下少数          公司在制造硅锭时掺入过量劣质材料，导致电          池效率下降和衰减。这种组件出口到国际上可          能引起严重后果。我国少数电池/组件生产商已          经为此受苦。 3。太阳级硅材料纯度讨论 3.1 硅太阳电池工作特点与硅材料性能关系      ?目前国际上尚没有统一的太阳级硅材料纯度标        准和界定。每年EG和SG-Si的报道数据是根据        商家卖给EG用户和SG用户的量统计的，SG中        也包含有优质料。      ?光伏界的经验提法是－太阳级硅纯度大于6N。        实际上对“大于6N”要具体分析，金属杂质浓度        要求更苛刻。 ? 晶硅太阳电池本质上是硅半导体二极管器件，同时   是一个要求有“极限性能”的器件（即开路电压、   短路电流、填充因子愈高愈好，最好能达到理论极   限值）。从器件性能讲，对材料纯度要求与半导体   工业并无本质差别，电子级（EG）与太阳极的纯   度差别只是因为光伏发电对成本的苛刻要求，成本   与性能的折中在一定程度上放松纯度要求。 ? 在各种产业领域中，半导体器件与 材料性能（纯度    和品质）之间的关系最直接、最敏感、关联度最    大。微电子器件如此（向微观尺寸发展），太阳电    池（向宏观尺寸发展）也如此。 ? 太阳电池的工作环境是各种半导体器件中最苛刻    的：要经受风吹、日晒、沙尘、冰雹、高低温交    变、潮湿、酸雨、酸雾侵蚀等几乎所有恶劣环境考    验，这是其它半导体器件（大多在室内环境或者恒    温环境中工作）所没有的。 ?太阳电池要求的工作寿命是几乎所有半导体器件中  是最长的（25年以上甚至更长）。 ?特别恶劣的工作环境、特别长的工作寿命以及市场对   愈来愈高的效率要求，都对材料提出了特殊的纯度和   品质要求。 ?从世界晶硅电池技术发展路线图看到，效率（实验室   电池、商业化电池）持续提高，对材料纯度也会有基   本要求。   3.2 理论计算结果         ?p-型 4?cm衬底硅太阳电池中杂质对效率的影响          ?n-型 1.5?cm衬底硅太阳电池中杂质对效率的影响 3.3 国外经验和数据             太阳级硅材料产品目标（ASiMI / SGS） Quality Target Total Metals    100 ppbw  P

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