太阳能材料分类及我国太阳能发电现状

姚志鹏

摘 要：随着我国经济的快速发展，能源的需求量越来越大，新能源的开发越来越受到重视，太阳能发电具有高效清洁、可持续等优点，在我国能源战略中占据着日益重要的地位。本文介绍了太阳能材料的分类及研究动态，并阐述了我国太阳能发电的发展现状。

关键词：太阳能；材料；分类；发电

太阳在40min内照射到地球表面的能量可供全球目前能源消费使用1年，合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一[1]。太阳能是清洁能源，不产生任何的环境污染。为了充分有效地利用太阳能，人们发展了多种太阳能材料。按性能和用途大体上可分为光电转换材料、光热转换材料和光化学能转换材料。近十几年来，各国都在太阳能材料的研究和利用方面投入了大量的资金，也取得了一系列的成果。尽管太阳能材料的成本还较高，性能还有待进一步高，但随着材料科学的不断进步，太阳能材料愈来愈显示了诱人的发展前景。

1 太阳能材料

1.1 光电转换材料

光电转换材料主要分为有机物材料、硅材料和多元化合物材料等[2]。

（1）有机物材料

有机太阳能电池材料大体可分为四大类：小分子太阳能电池材料、大分子太阳能电池材料、D-A体系材料和有机无机杂化体系材料。

（2）硅材料

硅材料分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅是目前普遍使用的光伏发电材料，它被用做人造卫星、太阳能汽车的电源以及城市路灯或街头时钟的电源。但由于单晶硅生产工艺复杂，加工工艺繁琐，致使单晶硅电池成本居高不下，因此依靠单晶硅大规模推广太阳能电池是很难的。

多晶硅原料是半导体工业和光伏产业共同的上游原材料，太阳电池生产的原料是半导体工业的边角废料。多晶硅光电池的转换效率最高达20.4%，明显不如单晶硅。但与单晶硅电池相比，多晶硅电池材料制备方法更为简单、耗能少，可连续生产。

非晶硅最明显的特征是组成原子的短程有序、长程无序性。非晶硅的另一个特点是在非晶硅半导体中可以连续物性控制，当连续地改变非晶硅中掺杂元素和掺杂量时可以连续改变其电导率、禁带宽度等，这为获得所需要的新型材料提供了广阔的选择空间。

（3）多元化合物材料

应用于太阳能电池的多元化合物材料主要是砷化镓、碲化镉和铜铟镓等，这类材料相比于硅基太阳能电池具有使用材料少、成本低、光电转换效率高、可选用柔性基材等优点。但是由于稳定性能等方面还存在一些问题，大多数的多元化合物太阳能电池还未工业化生产。

1.2 光热转换材料

光热转换材料按用途可以分为导热材料、蓄热材料和集热材料[3]。

（1）导热材料

导热材料主要有导热流材料和导热流管道材料，另外蓄热材料在液相或气相状态下也可作为导热流材料，国际研究倾向于在蓄热和导热过程中采用相同的材料，以降低热交换系统的复杂程度，从而达到降低系统成本的目的，未来的重点是新型热传导媒质的研发，如离子流体，以及新型热循环管道材料，如金属化塑胶管等。

（2）蓄热材料

蓄热材料主要包括相变储热材料、显热储热材料等。利用相变材料的固、液或固、固相变潜热来储存热能的潜热蓄热技术，因具有蓄热密度大、储热过程近似等温、过程易控制等优点而成为目前最具实际发展潜力、应用最多和最重要的蓄热方式。典型的有机类相变材料有石蜡、脂酸类、高分子化合物等。

（3）集热材料

在吸热方面，太阳能一次吸热材料主要有金属、塑料、玻璃等，但实际使用的几乎全是金属，按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料、溴化锂、氯化锂、硫化钠、硅胶、水等。国内外使用得比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。

1.3 光化学能转换材料

光化学能转换材料主要是一些光催化剂，包括钽酸盐、铌酸盐、钛酸盐、多元硫化物等。

2 我国太阳能发电的现状

我国土地辽阔，幅员广大，在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m2～8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从中国太阳能总量的分布来看，西部地区由于地理位置较好，太阳辐射总量很大，因此，我国发展太阳能发电具有天然的优势[4]。

2.1 太阳能发电相关技术的发展现状

近年来，我国的光伏技术理论研究水平及应用水平明显提高，在国家高技术发展计划（863）及国家重大基础研究计划（973）中，国家将大量的资金投入到太阳能薄膜电池的研发项目中，目前我国的太阳能薄膜电池技术已达到或接近世界先进水平，促进了中国薄膜光伏材料、器件及关键设备方面的广泛发展[5]。

2.2 光伏行业的发展现状

自二十世纪八十年代以来，在国家政策的的支持下，我国的光伏行业快速发展壮，发电规模不断扩大。2011年我国凭借290万千瓦的新增装机规模，成为亚太地区光伏市场主力；2012年新增350万千瓦，累计装机达到700万千瓦，新增市场排名全球第四；2013年我国建成光伏电站规模1479万千瓦，当年发电量是87亿千瓦时，为全国发电总量的0.17%，位列全球光伏电站年度建设第一大国；2014年我国累计光伏电站規模达到2805万千瓦，年发电量250亿千瓦时，已占全国发电总量的0.46%。“十二五”期间，我国光伏发电装机从2010年的89万千瓦起步，到2015年三季度定格3795万千瓦，规模体量实现了超过40倍的扩充。目前，我国的光伏发电规模已居世界前列。

结束语

在生态环境日趋恶化、化石燃料日趋紧张的今天，太阳能作为清洁安全的可再生资源必将成为化石燃料理想的替代品。太阳能材料是太阳能技术的基础，太阳能材料的研究对太阳能行业起着决定性的作用，我国应该更加重视太阳能基础材料的研究开发，致力于提高太阳能的利用效率，只有加强自主创新、掌握核心技术，我国的光伏产业才能破除困境，我国的太阳能发电水平才能更上一个层次。

参考文献

[1]梁宗存，沈辉，李戬洪.太阳能电池及材料研究[J].材料导报，2000，14（8）：38-40.

[2]殷志刚.太阳能光伏发电材料的发展现状[J].可再生能源，2008，26（5）：17-20.

[3]熊涛，何美凤.光热转换材料及太阳能热水器的现状和发展方向[J].材料导报，2010，24（10）：57-60.

[4]郝钢.我国太阳能发展现状与前景.[J]中国新技术新产品，2010，（16）：13.

[5]Yang M J， Yang J L， Yamagy M. Analysis of heteroepitaxy A1GaAs/Si tanden solar cell for concentration applications[ J].J Appl Phys， 1998， 37（7B）： 849-851.