摘要：  第二代光伏发电亦即薄膜电池发电成本，约是第一代光伏发电，亦即晶体硅光电池发电成本的1/2;第三代光伏发电成本，亦即“聚光”技术为核心的光伏发电的成本，又将是第二代技术的1/2。

关键字：  第三代光伏发电技术，  太阳能炼硅，  薄膜电池

一、何谓“绿色”光伏发电技术?

“绿色”发电技术，也就是第三代光伏发电技术=“太阳能炼硅+跟踪+聚光+高效聚光硅电池”。

其特点是绿色、高效(单位峰值功率发电量多)、价廉和寿命长。

下面是有关未来光伏发电成本发展趋势的一张预测图：

这一预测图指出，第二代光伏发电亦即薄膜电池发电成本，约是第一代光伏发电，亦即晶体硅光电池发电成本的1/2;第三代光伏发电成本，亦即“聚光”技术为核心的光伏发电的成本，又将是第二代技术的1/2。

需要介绍的是它们的技术内涵：

第一代光伏发电技术=晶体硅光伏发电，有单晶硅和多晶硅的差别。

第二代光伏发电技术=花式品种繁多的薄膜电池，主要有1)非晶、纳米晶、微晶等硅薄膜，2)CIGS薄膜， 3)TeCd薄膜，4)一个新发展是CZS3(即Sn，Se，S)薄膜，优点是材料成本低廉。

第三代光伏发电技术=“太阳能炼硅+跟踪+聚光+高效聚光硅电池”。其特点是绿色、高效(单位峰值功率发电量多)、价廉和寿命长。

当前人们对光伏产业的发展，有不少质疑，工信部就认为光伏产业从高纯硅的提炼到光伏组件的生产，有不少“环节”属高耗能、高污染的行业，仅能量的回收，至少长达2~3年!

但是，这里推荐的“第三代”光伏发电技术，其最重要的特点： “绿色”。

二、为什么上述“第三代”光伏发电技术是“绿色”技术?

1)跟踪：至少将发电量增加30%~40%，这将使多晶硅的用量减少30%~40%，而且已做到2.0元/每瓦的跟踪成本。

2)聚光：能大幅度降低光电池硅材料和非硅材料用量。例如，4倍聚光，尤其对“直射光”的聚光，可将硅材料、非硅材料的每度电耗能“耗能”下降到原有的1/4。下面是4倍聚光漏斗和散热片的一组照片：

图片说明：光漏斗的外形图

这一散热片的突出优点：能大幅度延长电池片的使用寿命。延长使用寿命，也就是少使用多晶硅。

3)聚光高效硅基电池：硅电池的转化率越高，所消耗的多晶硅就

越少。目前用的是转化率为22%的n型硅基聚光电池，而很“妙”的是，在聚光的条件下，这一转化率为22%的n型光电池，竟上升到转化率比23%略多一些的光电池!很希望有新型高效聚光电池的出现。我个人认为，最有前途的技术方向是：晶体硅电池+能带结构不相同的薄膜组成的各种硅基薄膜电池。

上述“绿色”发电技术，或“第三代”光伏发电技术已有一个演示的“窗口”，也就是在武威地区已建成的“4倍聚光+转盘式跟踪”，峰值功率为1兆瓦的小型光伏电站。下面是这一电站的两张图片：

下面是在武威地区的“4倍+跟踪”光伏电站和峰值功率相同的固定平板式光伏电站，2009年第四季度发电量对比：

现在这一新技术的发电成本又有大幅度下降，已做到这一技术的峰值功率售价为20元/瓦，发电量为峰值功率相同，但不跟踪的平板光伏电池的135%。由此可折算出，和不跟踪平板光伏电池“等效”峰值功率的“售价”，已下降到15元/瓦。“第三代”光伏技术这一“突破”，导致三个后果：1)售价的竞争已不再局限于每瓦峰值功率的光伏组件的售价，将以“等效”峰值功率的售价来计算光伏发电的成本。2)还要看每瓦发出的电能和组件的使用寿命。3)所用多晶硅，已下降到只有通常不跟踪平板式多晶硅光伏电池的1/4~1/5。

三、在所有上述介绍的“绿色”技术中，最为“核心”的技术是太阳能炼硅

太阳能炼硅有一系列优点：a)将大幅度降低化石能源消耗，b)完全没有四氯化硅……等污染，c)高质量，寿命长，只有微弱的光致衰减，d)低成本，有“可能”将当前太阳能高纯硅350元/公斤的市场价下降到仅75~150元/公斤，e)将光伏产业变为绿色产业。

下面是有关太阳能炼硅的某些图片：

第四代样机(2007年)

实验室内的一万个太阳

太阳炉的无坩埚冶炼过程

太阳炉冶炼出来的高纯硅所拉制出来的单晶棒

甘肃武威基地的太阳炉在工作

这一新技术已做到，工业硅(2个‘9’)+添加剂+萃取剂稳定地产出收率>80%的高纯硅(7个‘9’)。

已做到每公斤耗能<30度电/每公斤，主要是用定向凝固进一步处

理高纯硅时的耗能。其进一步的发展将搅乱晶体硅电池、薄膜电池的市场占有格局。

四、绿色技术的一个新进展，是将太阳能炼硅中的许多理念和技术用于中频感应炉炼硅

太阳能炼硅的基本原理是利用10000倍聚焦后的太阳能所产生的强大的光子流作为催化剂，加速高纯硅的提纯。实验发现，这一光催化的原理，也能在中频感应炉炼硅中，起相当重要作用，只不过其光子流量和光子平均能量，均比聚焦10000倍后的太阳光，小2.6倍。所以，在太阳能炼硅法中所发明的种种技巧，均能够用于中频感应炉，只不过其物理、化学反应实现的时间，比太阳能炼硅实现时间较长。如果说，太阳能炼硅的特征时间约是1秒钟的话，中频炉炼硅就约需要5分钟，其反应速度，相差约300倍。

有实验证明，经一次提纯，可获得硼含量为0.35ppm~0.50ppm，回收率约为50%左右的多晶硅。新的实验结果更表明，这一硼的含量，又有大幅度下降，已做到可“稳定地”，提供硼含量0.15~0.2ppm的多晶硅。

现在报导中的物理冶金法，见诸正式报导的，只能做到5个‘9’，非正式报导的，据称可达到6个‘9’，亦即达到1.0ppm。但上述新开拓的，来自太阳能炼硅的许多技术和理念，移用于中频感应炉炼硅，已达到6.5个‘9’或6.65个‘9’。熟悉多晶硅市场的朋友们都很清楚，6个‘9’的纯度，和6.5个‘9’、6.65个‘9’的纯度，存在重大的差别。

太阳能炼硅所以获得巨大成功的原因之一，是无坩锅作业，也就完全避免了坩锅污染，所以太阳能炼硅比中频炉炼硅有更高的纯度;同样，中频炉炼硅也要采取各种措施，尽量避免来自2个‘9’的工业硅和周围环境所可能带来的各种污染，但不可能完全避免坩锅污染。太阳能炼硅的优点是少耗能，只耗太阳能;而中频炉仍要用到每公斤15～30度的电能。但是，太阳能聚能只能聚焦成约为乒乓球大小的光球;而中频炉聚能完全能聚集在足球、排球，甚而是篮球大小的坩锅里。太阳能炼硅平均每天只能冶炼6小时，而中频炉炼硅每天可冶炼24小时。虽然中频炉炼硅的收率仅有50%，仍将大幅度降低西门子法所必然带来的高耗能、高污染，其耗能仅是改良西门子法的1/3～1/5，而且成本低廉。其0.15ppm～0.20ppm硼含量的高纯硅，将完全能制造出有高转化率的p型硅光电池。

但是，中频炉炼硅也有不可忽视的重大缺点，这就是它不可能完全避免坩锅污染，目前在实验室里做到的“最佳”结果，其硼含量也就是0.15～0.20ppm，有可能在大规模产业化过程中，其硼含量还可能略有回升;而太阳能炼硅可完全确保杂质硼B含量在0.1ppm，而且有望进一步提升到电子级，即9个“9”的纯度。由于优质太阳能级高纯硅“最佳”成分，其硼B含量约在0.20～0.25ppm范围，所以，市场上最优产品，必定是“太阳炉+中频感应炉”的太阳能、电能联合炼硅。只有这一联合炼硅才能产出满足市场需要的，各种纯度要求的多晶硅和单晶硅。

当然，如果中频炉炼硅能保证稳定地提供0.20ppm的高纯多晶硅，而太阳能炼硅就将转向硼含量更低、未来市场可能有大量需要的n型光电池所需高纯单晶硅了。

总之，一旦这一“太阳能+电能”联合炼硅技术走向产业化，就将使光伏发电产业成为绿色产业。

下面是太阳炉生产高纯多晶硅流程简图

五、最近，有机会去宁夏银川参加“2010冶金法太阳能多晶硅制备技术国际研讨会”

会上看到我国许多企业、科研院所、高等学校等单位共同建立

的冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟，在2009年9月29日的成立大会上，所发布的“在近3~5年内，实现的四个产业技术创新指标”，其具体指标是：

1)太阳能极多晶硅主要质量指标：

化学纯度：磷<0.6ppmw，硼<0.3ppmw，总金属<0.1ppmw，

电阻率：0.5—3.0Ωcm(P型)

碳<1ppm，氧<2.5ppm(中红外方法测定)

(2)晶体硅制备成本：硅石为原料耗电量小于60度/公斤，成本低于60元/公斤

(3)太阳能电池性能指标：光电转换效率平均大于16%，光衰减1~4%

(4)太阳能电池组件成本：小于1美元/Wp，使用寿命大于25年。

陈应天、张海涛等人并不是“冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟”的成员。但如果将陈教授所开拓的“强辐射催化冶炼多晶硅法”新近获得的结果和上述“主要质量指标”比较一下，可以说，这一强辐射催化炼硅法所获技术成就，已全面超过“冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟”，希望在2~4年后所达到的“主要质量指标”。尤其是这一“光催化法”，能稳定地提供市场上所迫切需要的硼含量是在0.25~0.30ppm内，能制作优质光电池的优质多晶硅。其唯一欠缺，目前的生产成本约为160-元/公斤，距“冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟”所希望的“成本低于60元/公斤”的目标，尚有一段距离。但是，随着这一“强辐射催化炼硅法”走上规模化、产业化，这一成本“低于60元/公斤”的目标，也不是遥遥无期的事情。

六、最后，欢迎社会各界共同推进这一正在蓬勃发展中的“绿色”、“第三代”光伏发电技术

七、一个需要特殊讨论的问题，碲化镉薄膜还是4倍聚光?

我们之所以不看好薄膜电池的一个最基本的理由是：薄膜的优势在于所用材料较少，材料占薄膜电池成本份额也较小。但如果高纯硅售价下降了10倍，晶体硅电池中硅材料成本也将成为不重要的份额。由于薄膜效率偏低，性能也欠稳定，一个必然的结论：薄膜电池将很难在性价比上和多晶硅电池进行竞争，除非薄膜电池的光电转化率有成倍的提高。这时，“高效晶体硅光电池+4倍聚光+跟踪”，将是光电市场上的首选。

原因是：1)每瓦的“4倍聚光+跟踪”的成本和光电转化率成反比，薄膜电池在原则上当然也可以适用聚光跟踪技术来增加发电量，但如果光电转化率太低，其每瓦的“跟踪+聚光”的成本，必定大幅度增高。2)理论上可以认为，“当半导体材料价格降低到与聚光材料同样廉价时，聚光系统就没有存在的必要”;实际上即令高纯硅每公斤售价降低到微不足道的水平，但制作光电池的其它专用材料，如低铁绒面玻璃、EVA、TFT、银浆、铝浆等材料及其加工技术仍将占到约2.5~3元/瓦的水平，至少，在近期还很难和聚光材料相竞争，而且，聚光材料及其加工的成本，也在大幅度下降。3)尤其是“跟踪”，在光电池组成的阵列中，至少将多出30%的电力，在北方或偏南地区，是不可缺少的技术。

新出现的问题是，我国即将从美国引入“第一太阳能”公司所发展的碲化镉薄膜电池技术，这就发生一个新的问题，究竟是“聚光+跟踪”还是碲化镉薄膜电池，是未来光伏发电的主流?下面是有关碲化镉薄膜电池的价格成本的估计。

按我们收集到的资料，该项目总量约为2000兆瓦，总投资约为50亿~60亿美元，将铺设在内蒙古的65平方公里的土地上，而成本是0.87美元/瓦，或等价于6.09元/瓦。整个工程将分期进行，2010年6月将开始一期工程，发电为3千万瓦，其二期、三期、四期工程，分别是1亿瓦、8.7亿瓦，10亿瓦，共为19亿瓦，预期2019年全部建成。其技术将使用60×120厘米的玻璃，用3μm厚的薄膜淀积在衬底上，其整个流程约为2个半小时。

他们宣称：“我们还在进一步改进元件的光能转化率，增加能量产出”。此外，他们“所用是一种特殊玻璃，所以会和玻璃厂商进行‘太阳能玻璃’的合作”。

如果上述“数据”可靠，由此可算出：

组件系统安装后的成本价将是：

其中光伏电池成本约占整个“组件系统”的1/3~1/3.5。

未看到有关碲化镉光电转化率的报告：据冯良桓先生文章，“碲化镉效率为8%，成本约为1.5美元/瓦，或10.5元/瓦;当效率为14%时，成本为0.2美元/瓦，或1.4元/瓦”。如认为这一估计可靠，那么当成本为6.09元/瓦时，其效率应为11%。又据夏申江博士文章“美国第一太阳能……研究开发的化学转移气相沉积专利技术，在60×120厘米大小白玻璃上，获得10%以上的转化率，……成为全球第一家实现每瓦生产成本在1美元以下的公司。”

由于“四倍聚光+跟踪”所用光电池的光电转化率是20%，而且其单位面积发电峰值功率是50瓦/m2;如认为碲化镉平板的放置间距和“四倍聚光+跟踪”技术近似相等，可算出碲化镉的单位平方米的瓦数是其转化率将是

但实际上，它的“东西”走向的排列会比“四倍聚光+跟踪”略紧凑一些，所以可认为碲化镉的转化率约为11%，而且这是目前大面积碲化镉薄膜发电技术所能达到的最高水平。

至于资源，我们所看到的材料，“地球上有碲14.9万吨，其中美国有2.5万吨，中国有2.2万吨”。冯良桓先生还以碲化镉的厚度为6μm为基础作估算，认为“地球上的碲化镉可供100个年产100MW的生产线使用100年”。现在“第一太阳能”的碲化镉的厚度是3μm，因此可望其产量再增加一倍。如果其厚度再下降到1μm(?!)，可望再乘上因子“3”。但功率总量最多只相当于建造60个核电站，而内蒙古引入的项目才约为2个核电站。所以碲化镉薄膜技术在中国还有较大发展空间。严重的问题是：一旦碲的资源被大量使用，其价格必然上涨到和硅电池价位相持平的价格。

如果上述数据可靠，据我们所知，国内将没有任何厂家能和“第一太阳能”竞争。唯一能竞争的技术，是“4倍聚光+跟踪”的发电技术。原因是：1)这是4倍聚光，所以光伏组件系统中的光电池成本只是平板光伏组件系统中光电池的1/4，2)跟踪将至少增加30%的电力。近来，这一技术的光伏发电成本已下降到18~20元/瓦，而且还有继续大幅度下降的空间。