【摘 要】介绍了硅太阳能光伏电池的不同分类及其优缺点，重点介绍了硅太阳能电池和LED照明发展的现状和存在的问题。并对其发展前景进行了展望。
【关键词】硅太阳能电池；多晶硅；LED照明
化石能源危机的日益临近和环境问题的日益突出，发展可再生能源已近在眉睫。太阳能具有储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性、开发的经济型等优点而使其可能成为理想的替代能源。在经济发展的同时，节约能源也是社会面临的重要问题。LED作为第四代光源，以其自身的优点，作为节能产品、“绿色光源”正快速进入应用。
1.硅太阳能电池的发展现状
基于硅元素丰富的储量，微电子工业所积累的先进技术和硅材料太阳电池技术的飞速进展，使硅材料太阳电池在光伏产业中占有90℅以上的市场份额。
1.1单晶硅太阳能电池
目前全世界光伏工业晶体硅太阳电池所用的硅锭的投炉料，都采用半导体工业的次品硅及其单晶硅的头尾料，半导体硅碎片，经过单晶炉的复拉，生产出太阳能级的单晶硅，这种硅料的纯度大部分仍在6N到7N，以及专门为生产太阳能电池而制备的单晶硅，如中子擅变搀杂直拉硅单晶。单晶硅生长技术主要有直拉法（CZ）和悬浮区熔法。CZ法因使用石英坩埚而不可避免地引人一定量的氧，氧沉淀物是复合中心，从而降低材料少子寿命。悬浮区熔法将区熔提纯和制备单晶结合在一起，能生长出高纯无缺陷单晶。当前世界上直拉单晶硅太阳电池的最高转换效率为24.5℅、区熔单晶硅转换效率24.7℅[1、2]，目前产业化的单晶硅太阳电池效率在18-19℅左右。
1.2多晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池省去了生产单晶硅这道费用昂贵的工序，节约了硅材料，对原材料要求比较低，易于长成大尺寸方锭，生长时能耗低，硅片成本降低，从而大大降低了太阳电池的生产成本；其缺点是有晶界、位错、空位和杂质等，对多晶硅太阳电池的光电转换效率有一定影响。多晶硅的制备方法主要有浇铸法和电磁铸造法，德国弗赖堡太阳能系统研究院成功的用多晶硅材料制成世界上第一个转换效率超过20%的多晶硅太阳电池[3]，目前产业化的多晶硅太阳电池效率在17-18%左右。虽然效率比单晶硅的效率稍低，但由于价格上的优势，多晶硅太阳能电池的产量在1999年就已经超过单晶硅太阳能电池成为硅材料太阳电池主流。
1.3带状硅太阳电池
单晶和多晶体都是块状材料，要做成太阳电池都需切割，采用内圆切割法可将硅单晶锭切成硅片，几乎有近50%的硅材料损耗，成本昂贵。通过采用多线切割工艺，可使损失降低至30%左右，但都会造成材料的浪费。为了避免切割损失，研究了从熔融硅液中直接生长带硅的方法，一些已用于实际生产中。采用无需切片的带状硅作衬底，可使硅材料的利用率从20℅提高到80℅以上[4]。带状硅生长方法有定边喂膜生长法、条带生长法、在衬底上的带状生长法、粉末硅片生长法、蹼状生长法等。其中定边喂膜生长法已经实现了工业化，是目前最成熟的带硅技术，大面积（10cm×10cm）太阳电池的效率已经达l4.3%[5]。德国的Fraunhofer太阳能系统研究所采用光学加热技术，直接将硅粉熔制成薄硅带，以此作为硅电池的廉价村底，所得电池的最高效率11.2%。处于世界领先地位。班群等在低纯度SSP衬底上制备的多晶硅薄膜太阳电池未经过其它电池优化工艺，在初期实验的基础上转换效率达到5%～7%（电池面积1cm2）[6]。
1.4硅薄膜太阳电池
1.4.1非晶硅薄膜太阳电池
非晶硅薄膜电池材料是硅和氢的一种合金，在可见光的一定领域内，非晶硅的吸收系数要比单晶硅的吸收系数大10倍左右。要获得满意的吸收要求，单晶硅厚度约为100μm。而使用非晶硅仅需0.5～1.0μm厚度，大大降低材料的需求量。同时可采用集成技术在电池制备过程中一次完成组件，省去材料、器件、组件各自单独的制作过程；可采用多层技术，降低对材料品质要求等。非晶硅主要由气相沉积法制备的，气相沉积法可分为辉光放电分解法、溅射法、真空蒸发法、光化学气相沉积法和热丝法等[7]，其中等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）已经普遍被应用。
非晶硅薄膜电池材料由于存在Staebler—Wronski效应使得非晶硅薄膜太阳能电池在太阳光下长时间照射会产生效率的衰减，从而导致整个电池效率的降低，沉积速率低，后续加工困难等使非晶硅薄膜太阳能电池的应用受到了很大的限制。
1.4.2多晶硅薄膜太阳电池
多晶硅薄膜是由在衬底上生长的具有不同晶粒取向的很多小晶粒组成，多晶硅薄膜电池是兼具单晶硅和多晶硅体电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池。目前多晶硅薄膜的制备方法主要有：低压化学气相淀积、热丝化学气相淀积、固相晶化、激光诱导晶化、金属诱导晶化等。多晶硅薄膜太阳电池在提高太阳电池效率、节约能源和大幅度降低成本方面都具有极其诱人的前景。在国内，研究工作才起步，我国河北保定英利集团生产的太阳能电池多晶硅电池片效率已达15%。
2.LED照明的发展现状
LED 光源也就是发光二极管（LED）为发光体的光源，属于固态光源。LED的主要优点有：发光效率高；耗电量少，在同等的照明效果下，仅为白炽灯的八分之一；使用寿命长，理论使用寿命可达10万个小时，产品的寿命一般也超过5万个小时；发光亮度高，散发热量少；响应快，呼应时间在微秒级。LED光源主要应用在：景观灯，装饰灯；背光照明；道路照明；室内照明；汽车用灯；便携灯具；投影光源等。
当前，LED照明存在的主要问题有：光通量有待进一步的提高，当前LED芯片的转换效率都在20-30%左右，有很大的提高空间；LED发出的光和自然光有一定的差距，LED光中有过多蓝光，由于光环效应导致不均匀色空间的产生[8]，有一定的光生物安全问题；价格较高，近年来，LED正朝高效率，低成本方向发展，这将有利于其在照明领域的应用。
3.当前太阳能光伏LED照明发展中的问题
3.1核心技术与核心设备
改良西门子法是目前生产多晶硅的主要工艺，产量占当今世界总量的 70%～80%。我国企业的核心生产技术水平低，特别是多晶硅生产的核心技术掌握在全球几个大的化工联合企业手里，国内的大部分多晶硅企业的生产成本比国外高10 美元/kg；国外贸易主义的抬头；中国光伏产品的市场主要在国外，国内光伏发电发展缓慢，是造成目前中国多晶硅和光伏产业困境的主要原因[9]。
我国的企业大多集中在电池片的制造和组装等附加值较低的中间环节，造成太阳能电池产业发展的基础非常不稳。我国在消耗大量的能源资源以及受到严重环境污染后，却把绿色无污染的能源输送给欧美等国家[10]。国产设备虽然占据国内一半以上市场，是因性价比而非性能指标，关键技术与国外厂商尚有一定差距。因此要不断提高设备的性能、稳定性和工艺能力[11]。LED芯片生产设备和技术也与国外先进水平有较大的差距。
3.2全球产能过剩和市场“两头在外”
2011年我国光伏电池产量达到20吉瓦，约占全球产量的65%；2012年，光伏电池组件出货量约23吉瓦。现在全球光伏产能是60吉瓦，而整体需求只有30吉瓦，产能严重过剩。产能过剩导致价格快速下降，行业整体毛利率不足10%。同时国内企业扩张太快，负债率过高，多数光伏企业陷入亏损。我国80%以上太阳能电池产品用于出口，国外市场依存度过高，“两头在外”的现状致使我国大部分光伏企业陷入了更大的困窘[12]。
3.3并网瓶颈与政策支持
由于太阳能的特点限制，导致光伏发电的间歇性与不确定性。光伏发电接入电网的技术并未成熟，容易对现有电网造成不上的影响。
2013年国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，提出2013年至2015年，年均新增光伏发电装机容量1000万kW左右，到2015年总装机容量达到3500万kW以上，并且要着力推进产业结构调整和技术进步。2010年国务院出台《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，将半导体照明列为我国未来发展的战略性新兴产业之一。2012年7月颁布的《半导体照明科技发展“十二五”专项规划》将我国 LED 照明产业的战略定位提升到了一个全新的高度。我国已出台了较多的扶持政策，但各政策之间缺少体系结构，落实起来也存在很多困难，要确保政策的落实，才能更好的促进行业的健康发展[13]。
4.前景
光伏产业和LED产业一定要坚持技术创新，特别是多晶硅的生产及拉晶，切片等关键设备的技术水平和LED芯片的关健生产技术。加大对新技术的攻关力度，如正在进行的准单晶技术研究，开发新的太阳能级多晶硅的生产方法，物理法提纯金属硅方法的产业化，大功率LED的封装和散热问题等。国家要制定相应的行业准入和行业标准，以减少行业初始发展过程中的混乱局面，规范行业发展。要加快对行业的整合，迟早淘汰过剩产能和落后产能[13]。可深入研究太阳能LED照明系统，以发挥其在照明与环保两个方面所起的重要作用。充分发展国内市场，同时大力发展国外的新兴市场，完全可以消化目前过剩的产能。
总之，太阳能光伏LED照明作为前景看好的产业，随着各项技术的发展成熟，成本的不断降低，国家政策的大力扶植，必然会得到健康快速发展。
【参考文献】
[1]Zhao J，Wang A，AItermatt P.and GreenM.A.24%efficient silicon solar cells with double layer antireflection coatings and reduced resistance loss.Appl.Phys.Lett，1995，66：3636-3638.
[2]M.A.Green，Silicon SolarCells，Advanced Principles and Practice，Bridge Printery，Sydney，1995.
[3]O.Schultz，S.W.Glunz and G.P.Willeke，Multicrystalline silicon solar cells exceeding 20%efficiency，Prog.Photovolt：Res.Appl，2004，12：553-558.
[4]梁宗存，许颖，公延宁等.颗粒硅带多晶硅薄膜太阳电池的研制[J].太阳能学报，2002，23（2）：45-48.
[5]R.O.Bell，M.Prince，F.V.Wald，eta1.Acomparisonofthebehaviorofsolarsihconmaterialin diferent production processes[J].So1.Energy Mater.So1.Cells 41/42，1996：71～86.
[6]班群，沈辉，王晓晶.颗粒硅带为衬底的多晶硅薄膜太阳电池制备工艺[J].太阳能学报，2004（2）：95-98.
[7]张力，薛钰芝.非晶硅太阳电池的研发进展[J].太阳能，2004（2）：24-26.
[8]张跃敏，乔更新.LED照明中蓝光的光生物安全问题[J].中国照明电器，2013（6）：1-4.
[9]张建刚，黄春银，黄海英等.太阳能级多晶硅制备进展[J].无机盐工业，2013（12）：6-8.
[10]高少锋，武蕊.中国太阳能电池的发展现状与趋势[J].天津化工，2012（7）：14-16.
[11]王定友，张绍彪.中国太阳能电池制造设备的现状及发展[J].科技资讯，2013（1）：81.
[12]张森.2012年我国太阳能光伏产品出口分析——2012年太阳能光伏产品出口全面下滑[J].市场透视，2013（04）：39-42.
[13]王鸿飞.我国光伏产业发展现状、存在问题及解决对策[J].资源开发与市场，2013，29（8）：841-843.