中国第一块太阳能电池板是什么时候?
中国科学院院士、中科院半导体所研究员王告诉记者:“1957年左右在美国拉出了第一颗硅单晶,1958年我国也研制出了第一颗硅单晶。随后,新成立的中科院物理半导体实验室正式开始研发太阳能电池。”
最初,开发的电池主要用于太空领域。1958到1965期间,半导体所研制的PN结电池效率突飞猛进,10×20mm电池效率稳定在15%,与国际水平差距不大。
从1968到1969年底,半导体所承担了“实践卫星1”硅太阳电池板的研制生产任务。研究人员在研究中发现,P+/N硅单片太阳能电池在太空运行时会遇到电子辐射,导致电池衰变,使电池无法在太空长期运行。
于是,包括王在内的六人小组开始研究人造卫星用硅太阳能电池的辐照效应。在实验过程中,由于技术不成熟,设备落后,王右手被严重电烧伤,一直痛苦到1978年夏天植皮。记者注意到,王院士的右手背上有一些黑色的褶皱,那是老一辈科学家献身科学的印记。
经过努力,实验结果给研究人员带来了巨大的惊喜。王院士介绍,NP结硅太阳能电池抗电子辐照的能力比PN结硅电池大几十倍!随后,半导体所做出了将硅PN电池改为NP形并投产的决定,生产了5690块NP结硅太阳能电池,其中3350块为满足空间应用要求的成品,圆满完成了“石坚1”卫星太阳能电池板的科研生产任务。1971年实践第1号上线。在8年的寿命期内,太阳能电池的功率下降不到15%,该项目获得了1978全国科学大会重大成就奖。
1969年,半导体所停止了硅太阳能电池的研发。随后,天津院18所为东方红二号、东方红三号、东方红四号系列地球同步轨道卫星研制生产了太阳帆板。
王院士说:“20世纪70年代末,我国和国际社会开展了砷化镓太阳能电池的研究,它具有很高的光发射和光吸收系数,2×50px2电池的转换效率在1999达到22%。”
1975年,先后在宁波和开封建立了太阳能电池厂。电池制造工艺模仿了早期生产太空电池的工艺,太阳能电池的应用开始从太空落到地面。
从20世纪80年代开始,我国太阳能电池开始进入萌芽阶段,研发工作在异地进行,但进展缓慢。
崔荣强说,1986年,国家计委将“太阳能电池”课题列入农村能源“1986-1990”七五计划,全国6所高校、6个研究所开始进行晶体硅电池的研究。
80年代后期,我国引进了一批太阳能电池生产线,包括云南半导体厂从加拿大引进的1MW生产线,使我国太阳能电池产能从几百千瓦一下子提高到4.5MW。这种产能一直持续到2002年,产量只有2MW左右。
“20世纪90年代中后期是中国太阳能电池稳步发展的时期。经过引进、消化、吸收和再创新,太阳能电池的生产技术和工艺得到了稳步发展和提高,产量稳步增长,基本满足了国内市场的需求,出口量极小。”崔荣强说。
1998期间,中国政府开始关注太阳能发电,并计划建设首个3MW多晶硅电池及应用系统示范工程。这个消息让天威英利新能源有限公司现任董事长苗连生看到了一线曙光。但当时太阳能产业发展前景尚不明朗,加上政策限制,很多人对这个新能源项目望而却步。随着合作方的退出,苗连生毅然逆势而上,获得了这个项目的批准,成为中国太阳能行业的第一个“吃螃蟹者”。
2001年,无锡尚德成功建立10MW太阳能电池生产线。2002年9月,尚德第一条10MWp太阳能电池生产线正式投产,产能相当于前四年全国太阳能电池产量的总和,将中国与国际光伏产业的差距缩短了15。
2005年6月5438+2月65438+4月,无锡尚德太阳能电力公司在美国纽约证券交易所上市。尚德的出现及其超常规发展带来的“首富效应”启动了中国太阳能产业的加速器,国内太阳能电池生产和研发也进入快车道。
据天威英利公司相关负责人介绍,2003年6月5438+2月19日,公司项目正式通过国家验收并投产,填补了多晶硅太阳能电池在国内无法商业化生产的空白。
2003年至2005年,在欧洲市场特别是德国市场的带动下,尚德和保定英利不断扩大生产,其他多家企业相继建立太阳能电池生产线,使得中国太阳能电池产量快速增长。目前,中国太阳能电池产量占世界总产量的30%。
王院士指出:“近年来,我国在太阳能电池相关技术研发方面取得了一些突破,但与国外相比可能还存在一些差距,主要表现在技术水平、产业和市场开拓方面。比如几种典型太阳能电池的最佳实验室效率低于国外。我国单晶硅和多晶硅的实验室效率分别为19.8%和16.5%,而国外分别为24.8%和19.8%。”
此外,王院士说,在中国的太阳能电池制造,很多设备是从国外进口,这对企业来说成本很高。所以要加大设备的研发和制造来降低成本。
北京地铁站旁安装太阳能路灯
2005年,中国拉开了多晶硅大发展的序幕。
多晶硅是整个太阳能电池产业的“生命线”。多晶硅原料的短缺使太阳能电池成本居高不下,严重制约了太阳能电池产业和市场的发展。
此外,多晶硅原料的先进生产技术已经基本掌握在美国、日本、德国等几大厂商手中。由于种种原因(厂商对光伏行业能否保持稳定需求的疑虑、技术和市场垄断的需要、扩张的滞后性),这些企业没有一家宣布在中国建厂,更谈不上技术转让。
洛阳中思高科技有限公司副总工程师闫大洲说:“国内光伏企业要想摆脱受制于人的局面,必须‘练好内功’,走自主研发之路,加大技术创新力度。”
闫大洲说,我国多晶硅始于1964,但技术水平低,规模小,产品单耗高,生产成本高。2005年以前,中国多晶硅年产量不到世界年产量的0.5%。
因此,2005年,业内三位著名专家梁、、阙端林联名提交了一份来自中共中央、国务院的建议,呼吁“打破垄断,政府主导,多方融资,迅速建立年产数千吨的多晶硅生产厂”闫大洲说:“院士请愿在业界引起强烈反响,坚定了我们走自主研发道路的决心。”
在此背景下,科技部组织实施了863重点项目和“十一五”规划,同时国家发改委组织实施了高纯硅材料高技术产业化重大专项,针对多晶硅生产各环节的重大技术难题,实施重点攻关,取得了一系列关键研究和产业化成果,拥有了自主知识产权的技术体系,赢得了多晶硅产业化发展的主动权。
2004年,中国有色设计院和洛阳单晶硅厂自主研发了12对节能型多晶硅还原炉。在此基础上,2005年,中国第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,由此拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
闫大洲说:“中国首条产业化示范线的建成,一方面给了业内人士信心,另一方面也标志着规模化多晶硅生产技术体系的形成,打破了国外多年的技术封锁和市场垄断。”
此外,中国在多晶硅的提纯技术上也取得了突破。目前,世界上广泛采用“改良西门子法”进行提纯。虽然纯度高,但是耗能大,不环保。中国科学院上海技术物理研究所的高文秀团队另辟蹊径,发明了“物理方法”进行提纯。2007年7月16日,部分样品经日方测定,纯度高达5N至6N(太阳能电池用多晶硅纯度远高于99.9%:小数点后“9”的数字为“n”,必须在4N以上),还增加了耗电量和用水量。
目前我国多晶硅生产大多采用三氯氢硅工艺,由于四氯化硅不能完全回收,处理难度大,环境污染严重。2008年,中硅高科承担了国家“863”重点科技攻关项目——多晶硅副产品关键技术研究。通过自主研发,公司顺利完成了低温加压加氢技术的研究。闫大洲说:“目前该项目已在1000t/a和2000t/a多晶硅项目上运行,四氯化硅经过几次循环后几乎可以全部回收。”
而天威英利69硅业采用新型硅烷生产多晶硅的工艺,现在耗电更少,生产成本比同行业低24%,产量同比增长30%。副产品无污染,可以出售和再利用。
王院士表示,对于目前占据光伏市场90%份额的晶体硅太阳能电池来说,转换效率的提高和硅片的减薄是降低成本的主要途径。
据江西赛维公关部总监魏尧介绍,该公司最薄硅片约为160m,已达到世界领先的产业化水平。
2007年,中国成为生产太阳能电池最多的国家。