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太阳能多晶铸锭的前世今生

本文摘要:自1960年人类第一次将光伏发电划归电网,至今光伏行业早已再次发生翻天覆地的变化,光伏发电已沦为极其重要的清洁能源。硅元素是最基础的、应用于最普遍的光伏发电材料,它在地壳中的含量占到比多达26%,是次于氧的第二大元素,充足为人类光伏事业获取源源不断的原料承托,未来硅材料未来将沦为人类挣脱能源和环境危机的最重要相结合。 那么问题来了,硅材料是什么时候开始用作发电的呢? 早在1839年,法国科学家贝克雷尔就在液体中找到了光生伏特效应。

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自1960年人类第一次将光伏发电划归电网,至今光伏行业早已再次发生翻天覆地的变化,光伏发电已沦为极其重要的清洁能源。硅元素是最基础的、应用于最普遍的光伏发电材料,它在地壳中的含量占到比多达26%,是次于氧的第二大元素,充足为人类光伏事业获取源源不断的原料承托,未来硅材料未来将沦为人类挣脱能源和环境危机的最重要相结合。

  那么问题来了,硅材料是什么时候开始用作发电的呢?  早在1839年,法国科学家贝克雷尔就在液体中找到了光生伏特效应。直到20世纪,人们才找到硅具备光电号召的性质。

1950年,科学家蒂尔和里特尔将托克劳斯基在1917年发明者的拉晶技术应用于硅单晶的生长,这种拉晶技术早已沦为现代生产高质量硅单晶的主要方法。美国科学家恰宾和皮尔松于1954年在贝尔实验室首次做成了简单的单晶硅太阳能电池,4年后首次在太空应用于。  然而在那个年代,以半导体工艺为基础的单晶生长技术生产能力极为受限,单晶电池成本居高不下,人们想方设法一切办法不断扩大晶体产量,最有效地的方法就是不断扩大硅料生长的炉体空间,在直拉单晶炉技术瓶颈未解的情况下,开始尝试铸铁工艺和定向凝结工艺生产晶体硅,多晶铸锭应运而生,然而它的晶体结构一直是无数单晶颗粒的拼凑状态,高位拢密度、低杂质含量的特征使得多晶电池切换效率无论如何也约将近单晶电池的水平。其后20年时间内,人们大大改进多晶铸锭工艺,提升单晶颗粒在铸锭中的面积比例以减少晶格密度,减少杂质含量。

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里特尔经过多年研究证实,多晶硅材料的少数载流子寿命总有一天是大大高于单晶硅材料的。  1976年,德国瓦克公司使用多晶铸锭的切片顺利做成商用太阳能电池,虽然发电效率偏高,且长年波动性能较好,但显著的成本优势仍为它关上了一片新的市场。此后,多晶铸锭比较单晶的市场份额渐渐下降。

  20世纪80年代初,各国开始建设千瓦级乃至兆瓦级光伏电站,由于投资极大,为了确保电站质量,人们广泛自由选择可信的单晶电池组件。30多年后,人们总结那时的老电站找到,单晶材料的可靠性的确精辟岁月考验。

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1982年欧洲第一个10KW单晶并网系统在瑞士竣工,到目前为止年均衰减率仅有0.4%;1984年,加州1MW单晶荒漠电站竣工,在极为险恶的环境下年均衰减率仅有0.9%,同年兰州10KW单晶系统竣工,年均衰减率0.37%;中科院电工所近期的组织的找寻中国美丽光伏杨家组件活动在云南、西藏找到了平稳运营30年以上的组件,全部是单晶材料做成;1994年宁波最先的单晶光伏电站到今天为止总功率波动了13.1%;1997年德国西门子供应的单晶组件用作兆瓦级屋顶项目建设,目前平均值年波动0.4%。  转入90年代后期,人类对光伏发电的市场需求开始加快,到1999年全球总计光伏装机突破1GW,其后以每年40%左右的速度快速增长,2004年追加容量即多达1GW。在这世纪末,多数企业指出单晶工艺本身的复杂性造成其生产能力无法较慢扩展,而多晶铸锭依赖标准化的自动生产设备以每年60%以上的速度扩产,很快符合了全球光伏市场爆发式快速增长的市场需求。


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