太阳能光伏电池板高转换率单晶多晶太阳能发电板

３．２ 太阳能斯特林热发电［４］

在对航天航空的努力探寻过程中，人们认识到了斯特林

太阳能发电机作为空间动力的重要性，而其中较普遍应用的

碟式抛物面斯特林发电系统独立运行的特点，非常适合急需

电力补充的发展中国家的需要，其单机容量为几十千瓦至上

百千瓦，显示了该项技术目前发展的规模。

作为碟式系统的抛物面，斯特林系统是由许多镜子组成

的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，把收集到

的 ６００～２０００℃的热源引到斯特林发动机内，把传热工质加

热到 ７５０℃左右，*后驱动发电机进行发电。又因为太阳能

聚光器和斯特林发动机能非常好的结合产生电能，其将太阳

能转换为电能的净效率可达 ２９４％，所以斯特林循环在相同

的运行温度范围内是所有太阳能发电中效率*高的。而像

自由活塞式的斯特林发动机，作为一种外燃的、封闭循环往

复式热力发动机，它的运动部件间没有机械连接，无须润滑、

密封简单，被其带动的微型热电共生器既生电又生热。这种

技术有几个优势，一是能量转换效率高，二是机器非常“安

静”，三是寿命长，四是非常环保，完全燃烧后只产生很少一

点氧氮化物和一氧化碳，内燃机在这方面远不能与它相比。

除此之外，我国如果发展太阳能斯特林热发电还有气候

上的优越性，因为只有年太阳辐射大于 １９００ｋＷｈ／ｍ２的地区

才适合采用太阳热发电技术，而我国西藏、青海、新疆、内蒙

古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉西部、云南中部

和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及

台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量都很大。还有

我国的西藏，新疆和内蒙古地域辽阔，土地资源丰富，农（牧）

民居住分散，适于建造分散式太阳能斯特林热电站，而建立

大规模大容量集中式的太阳热电站，采取远距离输变电方式

是不经济的，可见发展太阳能斯特林发电在国土资源上还具

有优越性。发展电站还需要考虑的是建热电站的财政投入

问题。斯特林发动机冷却采用空冷方式，系统耗水量低，所

以在缺水的内蒙古西部沙漠地区很适合建立大面积、大容量

的蝶式斯特林太阳热发电站，也能部分解决内蒙古地区发展

火电站缺水的问题。并且集中供电方式的电输线缺少安全

保障，因为局部故障的影响可能是全局的。例如美国西部洛

杉矶市在 ２００５年 ９月 １２日下午发生的大规模停电，２００５年

８月 １４日美国俄亥俄州的大规模停电，还有 ２００３年 ９月 ２３

日，北欧的瑞典南部、丹麦东部因输电线路遭雷击，至少 ３个

核电站停止运行和停电事件都导致了大规模经济损失和人

员伤亡。这些案例说明，大电网集中供电的单一模式很难抵

御突发性灾难，而电网安全又直接涉及到国家的安全，所以

现在许多发达国家都在考虑就集中和分散相结合的供电的

方式进行发展。而太阳能斯特林热发电是一个可用于分散

发电的节能的，清洁的太阳能利用新技术。太阳能斯特林发

电的优越性也预示着我国有必要研究和发展它。

４ 太阳能光发电

太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为

电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发

电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器

件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电

方式，是当今太阳光发电的主流。目前世界上应用*广泛的

太阳电池是单晶体硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太

阳能电池等。

４．１ 单晶硅电池

单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的加工

处理工艺基础上的。它的转换效率*高，技术也*为成熟。

在实验室里*高的转换效率为 ２３％，而规模生产的单晶硅太

阳能电池，其效率为 １５％。单晶硅高效电池的典型代表是斯

坦福大学的背面点接触电池、新南威尔士大学的钝化发射区

电池（ＰＥＲＬ）以及德国 Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ太阳能研究所的局域化背

场电池等。硅电池进展的重要原因之一是表面钝化技术的

提高。此外，倒金字塔技术、双层减反射膜技术以及陷光理

论的完善也是高效晶硅电池发展的主要原因。如新南威尔

士大学的钝化发射区电池和激光刻槽埋栅电池分别取到

２４７％和 １９６％的转化率，日本 Ｓａｎｙｏ公司采用 ＰＥＣＶＤ工

艺开发的 ＨＩＴ电池取得了 ２１％的转化率。

４．２ 多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳能电池与单晶硅比较，由于所使用的硅远比

单晶硅少，其成本远低于单晶硅电池，具有独特的优势。但

是由于它存在着晶粒界面和晶格错位的明显缺陷，造成多晶

硅电池光电转换率一直无法突破 ２０％的关口，低于单晶硅电

池。多晶硅太阳能电池的实验室以往的*高转换效率为

１８％，工业规模生产的转换效率为 １０％。不过乔治亚工大光

伏中心采用磷吸杂和双层减反射膜技术，使电池的效率达到

１８６％；新南威尔士大学光伏中心采用类似 ＰＥＲＬ电池技术，

使电池的效率达到 １９８％；日本 Ｋｙｓｅｒａ公司采用了 ＰＥＣＶＤ

－ＳｉＮ技术，起到钝化和减反射双重作用，加上表面织构化和

背场技术，使 １５×１５ｃｍ２ 面积多晶硅电池效率达 １７１％，此

种电池技术已经实现了工业化生产，商业化电池效率在 １４％

以上。*近德国弗劳恩霍夫协会科研人员采用新技术，在世

界上率先使多晶太阳能电池的光电转换率达到 ２０３％。如

能在工业生产中大规模使用该新技术，基于成本低廉的优

势，预计多晶硅电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导

地位。

４．３ 薄膜太阳电池

由于受到原材料、加工工艺和制造过程的制约，若要再

大幅度地降低单晶硅太阳电池成本是非常困难的。作为单

晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳电池。目前薄膜

电池主要有硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜电池、染

料敏化 ＴｉＯ２太阳电池等。具有代表性的产品主要有：

（１）非晶硅（ａ－Ｓｉ）太阳电池，即硅和氢（约 １０％）的一

种合金。*早提出非晶硅太阳能电池思路的是美国 ＲＣＡ实

验室的 Ｃａｒｌｓｏｎ和 Ｗｒｏｎｓｋｉ。２０００年我国把以双结非晶硅电

池为重点的硅基薄膜太阳电池的研究列入国家重点基础研

究发展计划（９７３）项目，使我国非晶硅电池的研究又进入一

个新阶段。

（２）ＣＶＤ多晶硅薄膜及电池，即利用 ＰＥＣＶＤ（等离子强

化 ＣＶＤ），ＲＥＣＶＤ（快速热 ＣＶＤ），ＨｏｔｗｉｒｅＣＶＤ（热线 ＣＶＤ）等

技术来生长多晶硅薄膜。德国 Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ太阳能研究所使用

ＳｉＯ２和 ＳｉＮ包覆陶瓷或 ＳｉＣ包覆石墨为衬底，用 ＲＴＣＶＤ沉

积多晶硅薄膜，硅膜经过再结晶后制备太阳电池，两种衬底

的电池效率分别达到 ９３％和 １１％。

（３）ＣｄＴｅ和 ＣＩＧＳ电池被认为是未来实现低于 １美分／

Ｗ成本目标的典型薄膜电池。从 ２００３年 １１月公布的第 ２１

版的太阳电池组件的转换效率数据，可以看出由日本昭和壳

牌石油公司开发的 ＣＩＧＳ太阳电池组件，转换效率达到了

１３４％，Ｐａｃｉｆｉｃｓｏｌａｒ公司开发的薄膜 Ｓｉ系薄膜太阳能电池转

换效率也达到了 ８２％。

４．４ 太阳能光伏发电系统的主要优点

（１）可以有效利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用土地资

源；

（２）可原地发电，原地使用，减少电力输送的线路损耗；

（３）各种彩色光伏组件可取代和节约外饰材料（如玻璃

幕墙等）；

（４）在白天用电高峰期供电，从而舒缓高峰电力需求；

（５）配备蓄电池后，还能满足安全用电设施的不断电要

求；

（６）太阳能发电板阵列直接吸收太阳能，降低墙面及屋

顶的温升，减轻建筑空调负荷。

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