未来新能源的发展趋势：太阳能电池片

太阳能电池是利用半导体的光伏效应，直接将光能转换成电能的装置，因此又称为“光伏电池”。太阳能电池的大规模产业应用，即人们所说的太阳能产业。近年来，伴随太阳能电池技术的进步和应用，太阳能产业得以迅速发展。据悉，到2040年，可再生能源在全球总能源结构中占比将达到50%以上，作为可再生能源主力，太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比达20%。到21世纪末，这两项数据将分别增长到80%和60%。可见，光伏发电将在未来能源领域占据重要战略地位，而太阳能电池则是名副其实的“能源明日之星”。

据德国《特种杂志》网站日前报道，去年底，德国一个研究团队制造出一款太阳能无人机，可在大气平流层中停留，滞空时间长达3个月。根据研发进度，这架太阳能无人机在进行相关测验工作后，将很快试飞。与传统飞机相比，太阳能无人机无需携带任何燃料，利用太阳能电池产生的电量即可供飞机远距离飞行，夜间也能依靠白天储存的太阳能持续飞行。正因如此，太阳能无人机拥有十分广阔的应用前景，太阳能无人机只是外军在发展太阳能电池应用方面的一个缩影。

技术突破推动应用

太阳能光伏发电因利用方便、对环境友好、维护简单、寿命长等优点，被认为是解决战场和航天能源供给的重要途径，备受各国军方重视。不过长期以来，各种太阳能电池的转换效率不高成为制约其大规模推广的主要原因。近年来，太阳能电池在诸多技术领域取得突破，大大推动光伏发电的特种应用。

光电转换效率实现重大突破

外军利用太阳能电池的技术发展主要体现在提高其光电转换效率上，近年来，各类太阳能电池效率实现重要突破。2017年，日本研发出一款由薄层硅制成的太阳能电池，转换效率达26.3%，刷新太阳能电池转换效率纪录，且成本更低。2018年4月，德国科学家通过效仿蝴蝶翅膀的纳米结构，发现能高效提升太阳能电池吸光率的新途径，使电池的吸光率最高可提升207%。

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。备受青睐

近几年，为减少士兵执行任务所需携带的电池数量，外军大力研发可折叠、便携式太阳能电池，为士兵随身携带的电子设备充电。美军研发出外形如细铜丝一般的太阳能电池，可随意弯曲，织入特种服后可以收集并存储太阳能，士兵穿戴上这种衣物后，白天行走中可收集太阳能，为携带的手机、传感器和其他设备充电，不再需要背负沉重的电池，大大提高机动能力。日本研发出一种新型薄片状有机太阳能电池，厚度只有3微米，用电熨斗熨烫后粘贴到衣服上即可使用，且在100℃高温下仍能保持性能不变，日本计划将其作为未来“智能衣服”中内嵌传感器的电源。

除以上两种外，各国还在开发电池新材料新结构，以提高太阳能电池的转换效率，推动产业发展。

从太空到海上，从空中到地面，新能源开发利用备受重视

当前，对太阳能电池的特种应用主要集中在野外基地供电、太阳能无人机、高空通信中继、太空发电、太阳能水下自主航行器等领域，总体来看，其应用前景非常广阔。

建设太阳能光伏电站，缓解特种基地用电压力

太阳能光伏发电被认为是特种特种基地使用的最佳能源。目前外军正逐步加大其在前方特种行动中的运用，以提高特种基地能源使用效率，减少能源消耗带来的财政支出和后勤补给负担，并摆脱对传统电源的依赖。

美军在多个特种基地建立太阳能发电站，并取得良好效益。例如，美陆军在位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠里的欧文堡特种基地建造了一个年产500兆瓦电能的太阳能发电站。其他军方发电站位于新墨西哥州、亚利桑那州、加利福尼亚州及拉斯维加斯等地的特种基地，这些发电站可基本满足基地所有电力需求，为美军逐渐扩大的能量需求提供保障。

研发太阳能无人机，打造空中多任务机动平台

太阳能无人机无需携带燃料，具有续航时间长、使用灵活、运行成本低等优点，它可快速飞抵战区，成为执行高空侦察、监视、情报特种、通信中继等任务的理想空中平台。目前，美、俄、英、日等国均已研制出太阳能无人机。瑞士研制的新型太阳能无人机“阳光动力2号”，历时15个月，在不采用任何燃料的情况下完成绕地球飞行一周试验。

另外，携带无线通信设备的太阳能无人机将成为卫星替代品，为构建天-地立体通信网络提供新途径。例如，英国特种特种装备的一款“西风”号太阳能无人机。该机被称为“高纬度伪卫星”，能够在1.95万至2.1万米高空连续飞行一个多月，主要承担对地实时监控和无线通信等任务。目前，俄罗斯首架太阳能无人机也试飞成功，机上搭载的无线通话及视频信号转发器，可传输无线网络数据。

重视利用太空太阳能发电，拓展地面能源供应渠道

开发利用太空太阳能被认为是解决人类能源危机的新途径：通过太阳能卫星系统吸收地球大气层以外的太阳能，将其转成微波传输到地面接收天线，最终转化为可供人类使用的电能。太空太阳能电站可连续工作，能量利用率高，被认为是一种前景广阔的可再生能源系统。据预测，2050年前，太空太阳能发电站有望开始满足地球上的能源需求。另外，传统武器装备的远距离补给要依赖地面能源，这项技术实现后，轨道空间站可直接给战场提供电能，很大程度上为特种行动提供强有力的能源支持。

早在2003年日本宇航局就制定出太空太阳能电站发展路线图，目前正在开发“太空太阳能发电系统”。该局估计，在轨道上运行的一个直径2000米至3000米的太阳能电池板，可产生10亿瓦特电力，相当于一个核反应堆产生的电能。

加快发展太阳能海上航行器，充当海上不眠“战士”

外军认为，太阳能海上自主航行器可连续工作数月，进行海洋探测、定位与监控工作，并与岸基和水下仪器进行实时通信。航行器可预设下潜至水下，按指定路线航行，在合适条件时浮出水面利用太阳能充电，实现真正意义上的不依赖化石燃料和零排放。此外，使用太阳能为舰船输送电力，还可以将舰船的维护成本降到最低。

目前，外军对太阳能海上自主航行器的研发日渐重视，未来有望加大其在海上执行侦察、监视与通信任务领域的应用。2015年，美国展示由海浪波和太阳能混合驱动的自动化远程艇。该艇在没有任何维护的情况下可在海上航行一年之久，执行情报、监视、侦察任务、水下地形测绘、通信中继、数据传输等任务。

世界光伏发展史

从1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象）算起，太阳能电池已经经过了160多年的漫长的发展历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用。对太阳电池的实际应用起到决定性作用的是美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳能电池发展史上起到里程碑的作用。至今为止，太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。

第一块太阳能板-1954

1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒（Se）的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池。

1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。

1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜（Cu/Cu2O）结合在一起具有光敏特性;德国物理学家爱因斯坦（AlbertEinstein）发表关于光电效应的论文。

1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。

1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔（Nobel）物理奖。

1930年B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池，发表“新型光伏电池”论文;W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。

1932年Audobert和Stora发现硫化镉（CdS）的光伏现象。

1933年L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。

1941年奥尔在硅上发现光伏效应。

1951年生长p-n结，实现制备单晶锗电池。

1953年Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。

1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象，（RCA:RadioCorporationofAmerica，美国无线电公司）。

贝尔（Bell）实验室研究人员D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现，几个月后效率达到6%。

1955年西部电工（WesternElectric）开始出售硅光伏技术商业专利，在亚利桑那大学召开国际太阳能会议，Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品，电池为14mW/片，25美元/片，相当于1785USD/W。

1956年P.Pappaport，J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。

1957年Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%;D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。

1958年美国信号特种的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，这对太空电池很重要;Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%;第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池100c㎡，0.1W，为一备用的5mW话筒供电。

1959年Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%，并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻;卫星探险家6号发射，共用9600片太阳能电池列阵，每片2c㎡，共20W。

1960年Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。

1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳能电池功率14W。

1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件;日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列，在当时是世界最大的光伏电池阵列。

1964年宇宙飞船“光轮发射”，安装470W的光伏阵列。

1965年PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。

1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。

1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电。

1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。

1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”;Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带，25mm宽，457mm长（EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth，定边喂膜生长）。

1977年世界光伏电池超过500KW;D.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅（a-Si）太阳能电池。

1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW。

1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家;三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。

1981年名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。

1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW。

1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW;名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚，20天内行程达到4000Km.

1984年面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。

1985年单晶硅太阳能电池售价10USD/W;澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。

1986年6月，ARCOSolar发布G-4000——世界首例商用薄膜电池“动力组件”。

1987年11月，在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上，GMSunraycer获胜，平均时速约为71km/h。

1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。

1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW;瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。

1992年世界太阳能电池年产量超过57.9MW。

1993年世界太阳能电池年产量超过60.1MW。

1994年世界太阳能电池年产量超过69.4MW。

1995年世界太阳能电池年产量超过77.7MW;光伏电池安装总量达到500MW。

1996年世界太阳能电池年产量超过88.6MW。

1997年世界太阳能电池年产量超过125.8MW。

1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW;多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。

1999年世界太阳能电池年产量超过201.3MW;美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡（CIS）太阳能电池效率达到18.8%;非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。

2000年世界太阳能电池年产量超过399MW;WuX.，DhereR.G.，AibinD.S.等报道碲化镉（CdTe）太阳能电池效率达到16.4%;单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。

2002年世界太阳能电池年产量超过540MW;多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。

2003年世界太阳能电池年产量超过760MW;德国FraunhoferISE的LFC（Laserfired-contact）晶体硅太阳能电池效率达到20%。

2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW;德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%;非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%，降为1999年的1/3，CdTe占1.1%;而CIS占0.4%。

2005年世界太阳能电池年产量1759MW。

中国太阳能发电发展历史

中国作为新的世界经济发动机，光伏业业呈现出前所未有的活力。大量光伏企业应运而生，现在光伏产量已经达到世界领先水平。现在OFweek太阳能光伏网带大家来回顾下中国太阳能发展历史：

1958，中国研制出了首块硅单晶

1968年至1969年底，半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中，研究人员发现，P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射，造成电池衰减，使电池无法长时间在空间运行。

1969年，半导体所停止了硅太阳电池研发，随后，天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。

1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。

1998年，中国政府开始关注太阳能发电，拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目，这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。可是，当时太阳能产业发展前景尚不明朗，加之受政策因素制约，令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下，苗连生毅然逆势而上，争取到了这个项目的批复，成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。

2001年，无锡尚德建立10MWp（兆瓦）太阳电池生产线获得成功，2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。

2003到2005年，在欧洲特别是德国市场拉动下，尚德和保定英利持续扩产，其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产迅速增长。

2004年，洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉，以此为基础，2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产，从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。

2007，中国成为生产太阳电池最多的国家，产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。

2008年，中国太阳电池产量达到2600MW。

2009年，中国太阳电池产量达到4000MW。

2006年世界太阳能电池年产量2500MW。

2007年世界太阳能电池年产量4450MW。

2008年世界太阳能电池年产量7900MW。

2009年世界太阳能电池年产量10700MW。

2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

中国光伏发展史

1958，中国研制出了首块硅单晶

1968年至1969年底，半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中，研究人员发现，P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射，造成电池衰减，使电池无法长时间在空间运行。

1969年，半导体所停止了硅太阳电池研发，随后，天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。

1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。

1998年，中国政府开始关注太阳能发电，拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目，这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。可是，当时太阳能产业发展前景尚不明朗，加之受政策因素制约，令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下，苗连生毅然逆势而上，争取到了这个项目的批复，成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。

2001年，无锡尚德建立10MWp（兆瓦）太阳电池生产线获得成功，2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。

2003到2005年，在欧洲特别是德国市场拉动下，尚德和保定英利持续扩产，其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产迅速增长。

2004年，洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉，以此为基础，2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产，从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。

2007，中国成为生产太阳电池最多的国家，产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。

2008年，中国太阳电池产量达到2600MW。

2009年，中国太阳电池产量达到4000MW。

2006年世界太阳能电池年产量2500MW。

2007年世界太阳能电池年产量4450MW。

2008年世界太阳能电池年产量7900MW。

2009年世界太阳能电池年产量10700MW。

2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。