用太阳能照亮世界

肖　娇　曹建明　徐　林

当今世界，随着社会经济的发展，环境污染、资源耗竭等问题已经引起了社会广泛的关注—全球化石燃料资源储量十分有限，石油剩余探明储量中国约可以使用15年，世界约45年；煤炭剩余探明储量中国约可以使用81年，世界约230年。不仅如此，化石能源的燃烧还会污染环境，所有这些问题给全球带来的影响是巨大甚至毁灭性的。

面对能源危机，各个国家、组织和机构都在寻找可持续、无污染的新能源。太阳能作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源，早已引起了世界各国的广泛关注，我国也在这方面做了大量工作。遗憾的是，许多年过去了，在人们看来，似乎太阳能发电一直是一个距离遥远的概念和符号，可以感觉到它的美好但又“亲近不得”。那么太阳能发电的“门槛”究竟有多高?迟迟不能产业化的症结在哪里?这种新能源又将何时华丽登场呢?这些都是人们想解开的迷局……

沙子中的世界

沙子是我们日常生活中最常见不过的东西了，它的主要成分是二氧化硅，“硅”是我们这个星球上储量最丰富的物质之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，包括人类的思维。硅是电子仪器设备的核心材料，也是太阳能电池的主要原材料。硅可以通过石英砂提纯得到，当硅材料的纯度达到太阳能级硅标准，即99.9999％时，便可以用来制作太阳能电池。

硅原料经过一系列的处理工艺，得到单个的太阳能电池。由于单个太阳能电池的输出能量太低，不能满足我们日常生活中器械所需要的电流、电压值，所以将许多单个的太阳能电池通过一定的方式串、并联起来，便形成了太阳能电池组件，最后进行封装就得到可以满足人们生活需要的太阳能电池。

太阳能电池之所以能够发电，它的工作原理是“光生伏特效应”。光生伏特效应(如图1所示)是指当器件接收到太阳光后，会在器件内部产生电子空穴对，从而可以形成电流电压。光生伏特效应是描述光子能量转换为电子能量的现象，一般把光生伏特效应简称为“光伏效应”，应用了光伏效应的器件也称为“光伏器件”，太阳能电池技术又可以称为“光伏发电技术”。

太阳能电池发电的过程是这样的：电池在太阳光的照射下，吸收了太阳光的能量，通过光生伏特效应，在电池中产生了电势差，如果用导线连接起来，两端就有了一定的电压和电流可以用来照明或者播放CD、MP3等电子设备，这样就和我们平时所用的锂离子电池有相同的作用，这也是太阳能电池名称的由来。

得天独厚的太阳能电池

地球上所有的能源都可以被认为是来自太阳的，地球上所有的生物，也都离不开太阳。太阳能电池的开发和应用，也是对太阳能利用的方式之一。太阳能电池在能源领域中，有着无与伦比的优势地位：

作为一种新型能源，太阳能电池有着很多化石能源不具备的优势。太阳能电池能量来源于太阳光的能量，使用时不会排放任何污染物质，因而不会对环境造成污染。并且太阳能电池的寿命很长，一般可以稳定使用20年～30年，并且这个数字也将随着技术的发展而不断地更新。太阳能电池使用一定年限之后，经过一些简单的工艺提纯就可以再利用，不会像化石能源那样使用后留下废弃物。

从材料的供给来看，太阳能电池应用的主要原材料是硅，硅约占地壳总重量的27.72％，其丰度仅次于氧，可以说是取之不尽，用之不竭，资源丰富，方便利用，并有利于降低材料的成本。从太阳光能量的供给来看，地球上每年接收的太阳辐射能量非常丰沛。在白天标准太阳光照条件下，假定发电效率仅为10％，则整个地球表面每年可以提供的太阳能发电量相当于当今整个世界能耗的100倍。我国太阳能资源也非常丰富，陆地表面每年接收的太阳辐射能相当于1000亿吨标准煤。我国108万平方千米荒漠的阳光也很充沛，如果利用1/10的荒漠安装光伏并网发电系统，每年可以发电10万亿千瓦时以上，相当于目前全国总用电量的5倍还多。

除此之外，太阳能发电不会像核能那样具有辐射伤害危险，也不会有核废料那样难处理的问题；太阳能发电也不会像三峡水利发电那样，可能会破坏周边的环境，带来生态问题。在能源和环境问题日益严重的今天，还有什么能源能够具有太阳能这样多的优势呢?

光伏发电的应用

光伏发电产品的应用十分广泛，主要有如下几个方面：一是为无电场合提供电源、作为备用电源以及微波中继站电源等；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、路灯和各种草地灯具等，这种路灯不仅节能，还能净化空气，美化环境；三是并网发电，和常规电网一样，给我们的家庭提供电力资源。除了这些日常生活的应用以外，光伏发电产品在其他方面，尤其在一些高精尖的领域，也发挥了不可代替的作用。

航空事业

太阳能电池首先应用于空间场合。我国1971年首次将太阳能电池应用于东方红二号卫星，太阳能电池阵是星上电能的直接来源，如果没有太阳能电池阵，整个卫星将无法工作。在“神七”飞船上也布置了密密麻麻的单晶硅高效单体太阳能电池。据统计，整个飞船上共使用了11690片电池，系统通过太阳能电池，把光能转换成电能，源源不断地输送到飞船中的其他系统。在飞船发射、在轨运行、返回的全过程中，太阳能电池阵是飞船唯一主动提供能源的子系统。

建筑行业

2009年2月，全球最大的单体太阳能建筑——尚德光伏研发中心大楼在无锡落成，该楼拥有全球最大的光电幕墙，总面积达6900平方米。据了解，该大楼由2552块太阳能电池板组成，能够自行发电，设计容量达1兆瓦，年发电量为100万千瓦时。每年可替代标准煤300余吨，减排二氧化碳约605吨。

沙漠之光

沙漠由于其严酷的自然环境而一直为人类所敬畏，并避而远之，极少触及，然而沙漠中却蕴涵了丰富的能源。在广袤无垠的沙漠上建立长方形太阳能发电站，通过利用这片沙漠上丰富的太阳能源能够降低碳排放量。比如美国莫哈韦沙漠中的一个太阳能电厂，其利用的装置上环绕着中心部分有大量的阳光反射板，它能积聚惊人的太阳能。此系统在我国也得以应用——它作为国家支援西部地区“光明工程”的一部分，为中国西部许多无电家庭提供电力。

太阳能电池现状与前景

1839年法国学者贝克勒尔发现了光伏效应，1954年美国贝尔实验室的3位科学家首次制成实用的单晶硅太阳能电池，当时的转换效率仅为6％。我国从1958年开始研究太阳能电池，1971年

首次将太阳能电池应用于东方红二号卫星上，1973年开始将太阳能电池用于地面设施。

近几年来光伏产业发展迅猛，从2001年到2006年，5年的平均年增长率为45％；2007年全球太阳能电池产量达到3436兆。这几年来，我国光伏产业在世界光伏市场的拉动下快速成长：2002年太阳能电池产量仅约6兆瓦；2005年达到145.7兆瓦，年增长率为191％；2006年达到370兆瓦，年增长率为154％，占世界总产量的15％，我国已经成为世界太阳能电池的主要供应国之一。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群，并带来显著的综合效益，为世界所瞩目。

虽然光伏产业发展到了一定的阶段，也具有了一定的规模，但这只是一个起步阶段。随着光伏技术的发展，新材料的不断发现和利用，光伏电池的效率将进一步提高，光伏产业的优势也将进一步扩大，光伏能源在世界一次性能源消费中所占的比重将逐渐增加。

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当然，我国光伏行业的发展也存在一些问题。首先，我国光伏市场严重滞后于国外光伏产业。中国光伏产业目前的快速发展是靠国外(主要是德国)快速发展的光伏市场所拉动的：其次，我国太阳能光伏领域“两头在外”——生产太阳能电池的原材料95％以上必须从国外进口，而生产出的太阳能电池产品95％以上是销往国外；此外，国内光伏产业没有相应政策的大力扶持，抗风险能力较差。

光伏的发展趋势

随着光伏行业技术的提高和市场对整个行业需求的增加，太阳能电池的设计将日趋优化和完善。比如薄膜电池，即第二代太阳能电池——在国际市场光伏效应材料持续紧张的背景下，薄膜太阳能电池已成为光伏市场发展的新趋势和新热点。薄膜太阳能电池本身具备低成本的潜力，因为它的制造仅仅需要少量的高成本活性材料，并且适合完全集成加工，同时具有较高的生产能力。第三代太阳能电池——包括叠层太阳能电池、冲击离子化太阳能电池即量子点电池、多能带电池、热载流子电池、多载流子太阳电池等等高效的新概念电池。

未来的光伏

对于未来的光伏，人们有着许多美好的设想：开发具有得天独厚优势的沙漠太阳能资源，可以使广袤的沙漠、戈壁滩为人类做贡献；太空太阳能电站可以不受近地空间自然条件的影响——太阳光线不会被大气阻拦减弱，没有雨、雪、霜、露、云、烟等的影响，也没有白天黑夜之分，这样，太阳能电池可以连续不断地接受太阳光线，并把太阳能转换成电能，其效率比地球上的太阳能电站要高得多；太阳能发电与建筑一体化材料构成了分布式发电模式，它既能当作建材，又能发电，一举两得，能够进一步降低发电成本，有利于大量推广应用……

能源的战争已经打响，光伏行业的发展也蓄势待发，我们有理由相信光伏行业将在能源史上留下浓墨重彩的一笔，也期待我国的光伏能照亮中国，照亮世界!

责任编辑赵柠