???2007年12月，來自產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、軍界和政府機(jī)構(gòu)的1500多位代表到日本福岡參加了“第17屆光伏" title="光伏">光伏科學(xué)與工程大會(huì)(PVSEC)”。與會(huì)者就對(duì)光伏技術(shù)" title="光伏技術(shù)">光伏技術(shù)給環(huán)境和政治帶來的益處表示出異常的興奮。從如此多公司涉足光伏領(lǐng)域來看，該技術(shù)也會(huì)給經(jīng)濟(jì)帶來好處。光伏產(chǎn)業(yè)所承諾的無限商機(jī)再一次振奮了半導(dǎo)體業(yè)者的信心。
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????光伏技術(shù)提供了安全的本土能源，它不受石油產(chǎn)業(yè)的制約，維護(hù)成本低，模塊化和可擴(kuò)展程度高。目前，它是唯一可滿足全球長(zhǎng)期能源需要且不排放溫室氣體的技術(shù)。實(shí)際上，一個(gè)150x150km的太陽能電池陣列理論上可滿足北美全部能源需求。但光伏技術(shù)仍比電網(wǎng)電能昂貴，而且缺少合適的負(fù)荷均衡方案，需要占用相當(dāng)大的空間。
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????光伏電池種類
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????太陽能電池共有以下四大類，其中前三種都已完全量產(chǎn)。
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????III-V組電池，也被稱為多結(jié)聚光電池，內(nèi)部材料是直接能隙復(fù)合物，這種電池具有最高的轉(zhuǎn)換效率" title="轉(zhuǎn)換效率">轉(zhuǎn)換效率(和成本)。它們主要用于衛(wèi)星和軍事應(yīng)用，一般需要聚光光學(xué)系統(tǒng)和復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)，可提供40%以上的效率。
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????采用單晶硅(cSi)或多晶硅(mcSi)的體硅(bulk-Si)太陽能電池，在許多應(yīng)用場(chǎng)合可以取得約22%的轉(zhuǎn)換效率。
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????薄膜太陽能電池，效率介于非晶硅電池的10%和用包括碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵二硒(CIGS)在內(nèi)的II-VI材料做的電池的約18%之間。從長(zhǎng)期看，薄膜技術(shù)最有可能大幅降低成本，因?yàn)檫@種技術(shù)有望在現(xiàn)有工藝中引入新的或改良的材料。
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????最后一類囊括了各種新技術(shù)，例如業(yè)已表現(xiàn)出高轉(zhuǎn)換效率的染料敏化薄膜太陽能電池以及到目前為止轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低的有機(jī)材料太陽能電池等。
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????圖1：一個(gè)薄膜α-Si電池由一個(gè)薄的p型層、一個(gè)厚的無摻雜層和一個(gè)較厚的n型層組成。來自n層的過剩電子被摻雜進(jìn)p層，構(gòu)成一個(gè)10-4V/cm的電場(chǎng)。
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????轉(zhuǎn)換效率
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????光伏轉(zhuǎn)換效率的最簡(jiǎn)單定義是：撞擊到光伏陣列上的全部光子中可轉(zhuǎn)換為連接負(fù)載可用電流的光子比例。實(shí)際上，效率計(jì)算要復(fù)雜得多；只是吸收光并產(chǎn)生自由載流子" title="載流子">載流子是不夠的。為了生成可用能量，電子和空穴載流子必須要到達(dá)電池的電極。如果由入射光子形成的電子-空穴對(duì)在向電極運(yùn)動(dòng)的過程中過快地重新組合在一起，則它們對(duì)光電流就沒有貢獻(xiàn)。
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?????有許多因素會(huì)降低載流子遷移性(或增加重組可能)。對(duì)單結(jié)電池來說，晶硅體太陽能電池問題最少，效率非常高。這是因?yàn)檩d流子從產(chǎn)生這些載流子的結(jié)向給負(fù)載供電的電池電極移動(dòng)的過程比較簡(jiǎn)單：電子-空穴對(duì)分開，并在相應(yīng)的n型或p型材料中穿行。
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????多晶硅光伏電池" title="光伏電池">光伏電池以同樣方式工作；但因存在晶界問題，電子-空穴對(duì)的重組現(xiàn)象會(huì)增多，從而降低了遷移性，并使轉(zhuǎn)換效率降低至與CIGS薄膜電池接近的水平(約15到18%)。
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????雖然薄膜電池用的硅較少(或根本不用)，并且未來可能通過降低成本實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)發(fā)電成本相當(dāng)(Gridparity)，但其轉(zhuǎn)換效率卻比體硅電池要低。雖然CIGS電池在轉(zhuǎn)換效率上接近多晶硅電池，但基于CIGS的光伏太陽能電池工藝具有比體硅工藝更高的變異性。雖然原因尚不明朗，但一般認(rèn)為對(duì)CuIn3Se5的p型α相和富含銦的n型β相進(jìn)行納米級(jí)隔離控制是形成太陽能電池一致性能隙的關(guān)鍵。
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????圖2：Kaneka公司α-Si光伏電池的TEM橫截面圖
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????市場(chǎng)前景分析
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????體硅光伏電池約占目前全球太陽能電池生產(chǎn)量的94%，其中日本和德國(guó)占有最大的份額。中國(guó)正在迅速成為全球光伏制造強(qiáng)國(guó)，并可能在今后幾年內(nèi)超越日本(目前日本是生產(chǎn)光伏電池最多的國(guó)家)。雖然大多數(shù)公司主要關(guān)注的是增強(qiáng)電池和模塊的生產(chǎn)力，但許多新興企業(yè)希望能抓住目前供需不平衡所帶來的機(jī)遇。并非所有新興企業(yè)都能如愿以償，主要原因與無經(jīng)驗(yàn)和引入新技術(shù)帶來的高風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。
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????隨著許多國(guó)家引入收購價(jià)格(feed-intariff)制度(政府承諾以事先約定的價(jià)格購買由光伏產(chǎn)生的能源的一種補(bǔ)貼)，在過去5年中，全球光伏電池產(chǎn)能一直以每年超過50%的速度增長(zhǎng)，并預(yù)計(jì)將繼續(xù)高速增長(zhǎng)。
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????光伏電池產(chǎn)業(yè)的營(yíng)收從2006年的100億美元上升到2007年的130多億美元，而同期在產(chǎn)能擴(kuò)充和研發(fā)方面的投入近160億美元。對(duì)許多公司來說，供應(yīng)鏈的重要性是歷經(jīng)困苦才學(xué)得的一課；電池和模塊的一致性和可靠性取決于最初材料的一致性和成分。從硅給料到晶圓和結(jié)晶，全球范圍內(nèi)的硅短缺一直威脅著硅“饑渴”的光伏市場(chǎng)，并促進(jìn)人們尋找新的解決方案，有時(shí)也會(huì)帶來意想不到的結(jié)果。
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????就拿中國(guó)的尚德太陽能電力有限公司來說，擴(kuò)張供應(yīng)鏈以滿足需求的舉措起初導(dǎo)致了硅采購和質(zhì)量方面的問題，從而促使該公司使用專有的襯底處理工藝來應(yīng)對(duì)雜質(zhì)變異問題。這些工藝不僅提升了效率，還提高了太陽能電池的穩(wěn)定性。
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????雖然中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不久將使中國(guó)成為全球太陽能電池和模塊的領(lǐng)先供應(yīng)商，但德國(guó)和日本也在高速擴(kuò)充產(chǎn)能。美國(guó)目前還不是光伏太陽能電池和模塊的重要全球性供應(yīng)國(guó)，但它宣布計(jì)劃到約2012年使其光伏電能達(dá)到傳統(tǒng)發(fā)電成本，該進(jìn)度明顯領(lǐng)先于全球其它地區(qū)。美國(guó)對(duì)利用裂變技術(shù)實(shí)現(xiàn)光伏成本達(dá)到傳統(tǒng)發(fā)電成本抱有濃厚的興趣，而通過幾個(gè)值得注意的意外事例可以看出，美國(guó)并沒有很專注于體硅技術(shù)(Sunpower公司制造出具有全球最高轉(zhuǎn)換效率的單晶硅電池，在2008年將帶來約12億美元收入)。
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????隨著收購電價(jià)制度的引入，德國(guó)的光伏系統(tǒng)裝置得到了迅速普及。德國(guó)本土太陽能電池和模塊的生產(chǎn)每年都翻番。該地區(qū)的主要競(jìng)爭(zhēng)者Q-Cell公司向德國(guó)本土和全球市場(chǎng)提供體硅模塊。但認(rèn)識(shí)到非體硅技術(shù)的重要性后，該公司通過兼并和收購對(duì)各種薄膜光伏技術(shù)進(jìn)行了投資。
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????日本宣稱其目標(biāo)是成為一個(gè)能源獨(dú)立和自給自足的國(guó)家，并在光伏能源生產(chǎn)方面保持全球領(lǐng)先。該國(guó)生產(chǎn)的太陽能電池產(chǎn)量占全球的一半，執(zhí)全球產(chǎn)能之牛耳。雖然日本主要生產(chǎn)的是體硅太陽能電池(主要供應(yīng)商是夏普和三洋)，日本也生產(chǎn)薄膜產(chǎn)品(Kaneka公司制造的非晶薄膜電池和ShowaShell公司制造的CIGS光伏太陽能電池的產(chǎn)能有望繼續(xù)提高)。
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????關(guān)注IP問題
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????由于業(yè)界將主要精力放在增加產(chǎn)能以便創(chuàng)收方面，所以目前很少有人關(guān)注知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。不過也有一些IP研究開發(fā)活動(dòng)正在進(jìn)行，包括改進(jìn)初始材料以增加遷移性，改進(jìn)接口技術(shù)來增強(qiáng)光散射和反射(增加吸收)，以及改進(jìn)復(fù)合薄膜各層間的附著力以增加遷移性和轉(zhuǎn)換效率。
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????隨著收購電價(jià)和其它形式補(bǔ)貼的逐年減少，創(chuàng)新技術(shù)將以更快速度出現(xiàn)，從而表現(xiàn)出技術(shù)內(nèi)和技術(shù)間的差異。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，這些技術(shù)將對(duì)公司的成功起到重要作用。
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????通過仔細(xì)研究專利申請(qǐng)行為，可在一定程度上評(píng)估這種創(chuàng)新行為和重點(diǎn)，其中最重要的觀點(diǎn)是“專利速度”，也即提交的IP速度。在過去10年間光伏領(lǐng)域提交的大量薄膜專利清楚地表明薄膜光伏技術(shù)是主攻方向。
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????與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一樣，為了應(yīng)對(duì)財(cái)大氣粗的后起之秀提出的挑戰(zhàn)，保護(hù)并強(qiáng)化這些競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將很有必要。我們確信，幾乎每家大型半導(dǎo)體制造商都有某類光伏項(xiàng)目，并正在評(píng)估充分利用其制造經(jīng)驗(yàn)和不斷折舊資產(chǎn)的策略。隨著許多光伏技術(shù)公司向傳統(tǒng)發(fā)電價(jià)格目標(biāo)的邁進(jìn)，以及IP資產(chǎn)的強(qiáng)力支持，各公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將得到進(jìn)一步強(qiáng)化，光伏產(chǎn)業(yè)也會(huì)迎來新一輪的整合和洗牌。在此期間，光伏產(chǎn)業(yè)將得益于未來幾年“牛市”帶來的好處。
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