太阳能发电是当今的热话题，此讲座内容深入浅出，本系列主要讲述了六个大问题。许洪华教授先是介绍了光伏电池及系统技术基础知识，光伏地面应用的主要形式；然后从世界能源发展趋势，详细阐释了世界和中国商业化的太阳电池对比，并且说明了发展光伏技术的必要性和迫切性；最后对我国的光伏产业与世界光伏技术的发展及推广做了一个前瞻性的指导。

许洪华提出了一个问题：

我国“到目前为止，无论是风电还是光伏，都没有真正意义的国家实验室”。对此，许洪华建议持续进行能源战略研究，包括能源架构和发展战略、大规模利用的能源变革技术研究、及能源利用方式和应用情景研究。“可再生能源时代到来，不可阻挡。未来能源，不能卡脖子，我们应该补课，使行业公共平台、国家实验室建立起来。如果不加大知识产权保护，也是很难真正有自己的核心技术。”

生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。

　　以单晶硅为例，其生产过程可分为：工序一，硅片清洗制绒

　　目的——表面处理：

　　清除表面油污和金属杂质；

　　去除硅片表面的切割损坏层；

　　在硅片表面制作绒面，形成减反射织构，降低表面反射率；利用Si在稀NaOH溶液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成3-6 微米的金字塔结构，这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对光的吸收；

　　工序二，扩散

　　硅片的单/双面液态源磷扩散，制作N型发射极区，以形成光电转换的基本结构：PN结。

　　POCl3 液态分子在N2 载气的携带下进入炉管，在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换，并扩散进入硅片表面，激活形成N型掺杂，与P型衬底形成PN结。主要的化学反应式如下：POCl3 + O2 → P2O5 + Cl2 P2O5 + Si → SiO2 + P

　　工序三，等离子刻边

　　去除扩散后硅片周边形成的短路环；工序四，去除磷硅玻璃

　　去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃（磷硅玻璃是指掺有P2O5的SiO2层）。

　　工序五，PECVD

　　目的——减反射+钝化：

　　PECVD即等离子体增强化学气相淀积设备，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；

　　制作减少硅片表面反射的SiN 薄膜（～80nm）；

　　SiN 薄膜中含有大量的氢离子，氢离子注入到硅片中，达到表面钝化和体钝化的目的，有效降低了载流子的复合，提高了电池的短路电流和开路电压。

　　工艺原理：

　　硅烷与氨气反应生成SiN 淀积在硅片表面形成减反射膜。

　　利用高频电源辉光放电产生等离子体对化学气相沉积过程施加影响的技术。由于等离子体存在，促进气体分子的分解、化合、激发和电离，促进反应活性基团的生成，从而降低沉积温度。PECVD在200℃～500℃范围内成膜，远小于其它CVD在700℃～950℃范围内成膜。

　　反应过程中有大量的氢离子注入到硅片中，使硅片中悬挂键饱和、缺陷失去活性，达到表面钝化和体钝化的目的。

　　工序六，丝网印刷

　　用丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，已引出产生的光生电流；

　　工艺原理：

　　给硅片表面印刷一定图形的银浆或铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使电流有效输出；

　　正面电极用Ag金属浆料，通常印成栅线状，在实现良好接触的同时使光线有较高的透过率；

　　背面通常用Al金属浆料印满整个背面，一是为了克服由于电池串联而引起的电阻，二是减少背面的复合；

　　工序七，烘干和烧结

　　目的及工作原理：

　　烘干金属浆料，并将其中的添加料挥发（前3个区）；

　　在背面形成铝硅合金和银铝合金，以制作良好的背接触（中间3个区）；

　　铝硅合金过程实际上是一个对硅进行P掺杂的过程，需加热到铝硅共熔点（577℃）以上。经过合金化后，随着温度的下降，液

　　相中的硅将重新凝固出来，形成含有少量铝的结晶层，它补偿了N层中的施主杂质，从而得到以铝为受主杂质的P层，达到了消除背结的目的。

　　在正面形成银硅合金，以良好的接触和遮光率；

　　Ag浆料中的玻璃添加料在高温（~700度）下烧穿SiN膜，使得Ag金属接触硅片表面，在银硅共熔点（760度）以上进行合金化。

太阳能是一种辐射能，太阳能发电意味着---要将太阳光直接转换成电能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。将光能直接转换成电能的过程确切地说应叫光伏效应。不需要借助其它任何机械部件，光

线中的能量被半导体器件的电子获得，于是就产生了电能。这种把光能转换成为电能的能量转换器，就是太阳能电 池。

太阳能电池也同晶体管一样，是由半导体组成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太阳能电池的高纯硅，要经过特殊的提纯处理制作。太阳能电池只要受到阳光或灯光的照射，就能够把光能转变为电能，使电流从一方流向另一方，一般就可发出相当于所接收光能的10~20% 的电来。一般来说，光线越强，产生的电能就越多。为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射，将光能转变为电能，一般在它的上面都蒙上一层可防止光反射的膜， 使太阳能板的表面呈紫色。它的工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压（叫做光生电压）。这种现象就是著名的光生伏打效应。使PN结短路，就会产生电流。

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。

从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。

目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。

当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。

利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷，可节省大量电力、煤炭等能源，而且不污染环境，在年日照时间长、空气洁净度高、阳光充足而缺乏其他能源的地区，采用太阳能供暖、制冷，尤为有利。目前太阳能建筑还存在投资大，回收年限长等问题。

巨蛋办公楼

位于印度孟买的蛋形办公楼是一座令人印象深刻的可持续建筑。它利用了被动式太阳能设计，能够通过减少热增益来调整建筑内部的温度。办公楼由太阳能电池板和屋顶的风力涡轮机提供能量，它甚至能够独立收集水分进行花园灌溉。

弗莱堡太阳能城市

Schlierberg太阳能社区包括一栋类似邮轮的五楼集合式住宅公寓和六十栋连体透天住宅。社区所有建筑物屋顶几乎装满了太阳能光电板，所产生的能源不止可供住户使用，还有多余的能源卖给电力公司。除了产生丰沛的电力之外，它的丰富颜色也呈现出多元的创新住宅风貌。

垂直村落

迪拜以其怪异的建筑风格闻名于世，现在的最新趋势是可持续设计。很少有设计样本超越格拉夫特建筑事务所的建筑师建造的垂直村落。垂直村落设计的精髓在于，它如何在最大化收获太阳能的同时保持建筑物凉爽。