作者：郑军,张玉琴
出版社：电子工业出版社
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光伏技术基础与技能试读：
前言
自进入近代社会以来，人类主要依赖煤和石油作为能源而生存。随着现代社会的经济发展，人类对能源的需求迅速扩大，这就给现实社会了带来两大问题：能源危机——煤和石油储藏量有限，取之有尽；环境污染——以煤、石油作为燃料排放的废气已经使人类的生存条件严重恶化，这两大问题必然迫使人们将眼光投向绿色新能源的开发。现有能源主要有3种，即火电、水电和核电。火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面，化石燃料蕴藏量有限，越用越少，正面临着枯竭的危险，据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭；另一方面，燃烧燃料将排出CO和硫的氧化物气体，会导致温室效应和酸2雨，恶化地球环境，淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的，前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前新能源主要有两种：一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。
从太阳能获得电力，需要通过太阳能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，具有以下优点：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获得的能源与四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。
当前，世界各国都在积极提倡低碳生活，利用太阳能发电，加大对太阳能这一新能源的开发与应用，已成为世界各国政府的共识。西方发达国家不惜投入巨资研制太阳能发电产品，推广太阳能发电的应用领域。所谓“低碳生活（low-carbon life）”，就是指生活作息时所耗用的能量要尽力减少，从而降低二氧化碳的排放量。低碳生活，对于我们普通人来说是一种态度，而不是能力，我们应该积极提倡并去实践低碳生活，注意节电、节油、节气，从点滴做起。“低碳经济”的理想形态是充分发展“阳光经济”、“风能经济”、“氢能经济”、“生物质能经济”。但现阶段太阳能发电的成本是煤电、水电的5～10倍，一些地区风能发电价格高于煤电、水电；作为二次能源的氢能，目前离利用风能、太阳能等清洁能源提取的商业化目标还很远；以大量消耗粮食和油料为代价的生物燃料开发，在一定程度上引发了粮食、肉类、食用油价格的上涨。从世界范围看，预计到2030年太阳能发电也只能达到世界电力供应的10%，而全球已探明的石油、天然气和煤炭储量将分别在今后30、50和100年左右耗尽。因此，在“碳素燃料文明时代”向“太阳能文明时代”（风能、生物质能都是太阳能的转换形态）过渡的未来几十年里，“低碳经济”、“低碳生活”的重要含义之一，就是节约化石能源的消耗，为新能源的普及利用提供时间保障。
从20世纪70年代开始，各国政府都投入了很大的力量来支持太阳能电池的发展。美国于1973年率先制订了政府光伏发电发展计划，明确了近、中、远期的发展战略目标；日本从1974年开始执行“阳光计划”，投资5亿美元，迅速发展成为世界太阳能电池的生产大国。自20世纪80年代以来，其他发达国家，如德国、英国、法国、意大利、西班牙、瑞士、芬兰等，也纷纷制订了光伏发展计划，并投入了大量资金进行技术开发和加速工业化进程。20世纪80年代末至今，西方发达国家从环境和能源的可持续发展的角度出发，纷纷制定政策，鼓励和支持光伏并网发电。随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源已成为当前人类面临的迫切课题。
我国于1958年开始研究太阳能电池，2001年全世界太阳能电池的产量达到350万kW，我国太阳能电池的实际产量已达到4.5万kW，按照2007年国家发改委发布的《中国可再生能源发展规划》，计划到2020年，光伏发电累计装机容量达180万kW，市场前景十分远大。光伏行业在全世界的迅速发展也带动了我国对光伏行业的重视，一大批知名专家学者学成归国，我国在光伏技术上已达到国际领先水平。过去几年也是我国光伏行业发展最快的时期，诞生了一批知名企业和上市公司，尤其以无锡尚德、南京中电、河北晶奥、浙江昱辉、常州天合、正泰集团等企业为代表。
根据浙江省发展和改革委员会发布的《浙江省硅材料及光伏产业发展总体思路》，到2010年浙江省的硅材料及光伏产业年销售收入将突破1100亿元，硅材料及光伏产业将成为全省新的经济增长点和重要支柱产业，使浙江成为我国重要的硅材料及光伏产业基地。其中，年产高纯硅料20000t，实现年销售收入320亿元；建成若干家多晶硅铸锭和切片企业，年产多晶硅片2500t，实现年销售收入470亿元；建设三条单晶硅片生产线，年销售收入150亿元；建成一批原材料、耗材、配套设备生产企业，实现年销售收入40亿元，在良好市场的大环境下迅猛崛起。宁波太阳能、正泰太阳能、浙江向日葵、浙江乐叶光伏、万向硅峰等企业已成为远近闻名的光伏产业支柱企业。
当前，国内还没有光伏技术方面的中职教材出版，为更好地使职业技术教育与社会实际用工需求和工作技术要求接轨，探索职业技术教学的新方法，提升光伏技术专业学生的操作技能和综合素质，结合光伏产业的发展，以成熟的单晶硅和多晶硅为对象，结合学校的教学需求出发，我们编写了本书。
本书在编写过程中，浙江省衢州市教育局、衢州中等专业学校、浙江乐叶光伏有限公司及国家电网公司的领导给予了指导和大力帮助，在此表示衷心感谢。
本书的全部章节由浙江省衢州中等专业学校老师编写完成，其中第一章由周利林老师编写；第二章由徐宏芳老师编写；第三章由徐斌老师编写；第四章由徐忆老师编写；第五章由宁小红老师编写；第六章由姜忠平老师编写；第七章由杨勇华老师编写，本书部分插图由王振老师指导和设计。
光伏技术是一门新兴的学科，它的发展潜力十分巨大。新技术、新工艺在不断涌现，教学理念和教学方法也在不断发展，由于时间仓促，加上编者的水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
编者
2010年6月第一章 概述
学习要求
1.掌握光伏产业的现状和发展历程。
2.掌握光伏发电的基本原理及其优、缺点。
3.掌握光伏产业链的构成环节及工艺。
4.了解太阳、太阳能的概况及其主要应用。
5.掌握太阳能发电系统的组成和特点。
学习重点
1.掌握光伏发电的基本原理。
2.太阳能发电系统的组成和特点。第一节 光伏产业的发展现状
自从1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应以来，太阳发电已经经过了160多年的漫长发展历史。20世纪50年代，美国贝尔实验室三位科学家首次研制成功实用的单晶硅太阳能电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术，成为太阳能电池发展史上的里程碑。
光伏发电的基本原理就是“光生伏特效应”，简称“光伏效应”，它是指在光的照射下，使半导体或某些特定材料的不同部位之间产生电位差的现象。它将光能量转化为电能量，然后形成电压的过程，从本质上讲是能量相互转换的过程。有了电压，就像筑高了的大坝，如果两者之间连通，就会形成电流回路。能产生光伏效应的原材料有许多，常见的有单晶硅、多晶硅、非晶硅和砷化镓等，它们的发电原理基本相似，现以硅为例进行说明和分析。
带正电荷的硅原子旁边围绕着4个带负电荷的电子，可以通过向硅晶体中掺入其他杂质，如硼、磷等来改变其特性，形成N型或P型半导体。当P型和N型半导体结合在一起时，形成具有电位差的PN结。具体形成过程如图1-1和图1-2所示。
在图1-1中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的4个电子。当硅晶体中掺入其他杂质，如当掺入硼时，硅晶体中就会存在1个空穴。如图1-2所示，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的4个电子，实心圆表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生如图所示的空穴（图中的“空心圆”表示空穴），这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P型（positive）半导体。图1-1 硅原子图图1-2 掺硼的硅原子（P型）
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有5个电子，所以就会有1个电子变得非常活跃，形成N型（negative）半导体。实心圆为磷原子核，边上的负电荷为多余的电子，如图1-3所示。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层，这就是PN结，如图1-4所示。当PN结受到光照射之后产生电子-空穴对，在“内电场”的作用下，N型半导体的空穴获得能量后向P型区移动，而P型区中的电子获得能量后往N型区移动，形成从N型区到P型区的“内电流”，最后在PN结中形成电势差，形成了光伏电源。图1-3 掺磷的硅原子（N型）图1-4 PN结内电场
以太阳能硅材料的应用开发所形成的产业链条称为光伏产业，如高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造、光伏发电站等均属于光伏产业。
目前，传统的化石能源与经济、环境的矛盾越来越突出，能源是经济与社会发展的基本动力，但由于常规能源的有限性和分布不均匀性，造成世界上大部分国家的能源供应不足，不能满足经济可持续发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量大约只能用到2040年，天然气也只能延续到2060年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持一两百年。而传统的化石能源所带来的环境问题更令人担忧，每年有数十万吨二氧化硫和二氧化碳等有害物质排向空间，使大气环境遭到严重污染，直接影响人们的身体健康和生活质量，局部地区形成严重的酸雨区，又严重污染水土。同时，由于排放大量温室气体而产生的温室效应，已引起全球气候恶化。
发展可再生能源已成为全球课题，可再生能源可分为：风能、生物能、太阳能。太阳能的利用前景最好，潜力最大。近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。而其中的太阳光伏发电是世界上节约能源、倡导绿色电力的一种主要的高新技术产业。发展光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。
光伏产业具有明显的优越性。首先，丰富的太阳辐射能，是取之不尽用之不竭、无污染、廉价的能源。太阳每秒辐射到地球的能量高达80万kW，如果把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率为5%，12那么每年发电量可达5.6×10kW·h，相当于目前全世界能耗的40倍。其次，太阳能光伏发电在近些年来得到了长足的发展和进步。太阳能光伏发电是一种零排放的清洁能源，而且十分容易规模产业化，可用于独立发电和并网发电。近几年来，国际上光伏发电快速发展，2008年全球太阳能新装容量达5559MW，其中德国约为1500MW，西班牙约为2511MW，日本约为230MW，美国约为342MW，如图1-5所示。图1-5 2008全球太阳能光伏市场
PV为photovoltaic的缩写，意思是光伏发电。光伏发电作为一种清洁能源，受到了世界各国的重视，2008年全球光伏装机容量为5559MW，比2007年增长了135%。如图1-6所示为2003—2008年全球光伏装机容量。图1-6 2003—2008年全球光伏装机容量（单位：MW）
光伏发电与其他能源的发电相比，主要有如下优点：（1）结构简单，体积小且轻；（2）易安装，易运输，建设周期短；（3）使用方便，维护简单，在-50℃～65℃温度范围均可正常工作；（4）清洁能源，安全、无噪声、零排放；（5）可靠性高，寿命长；（6）太阳能几乎到处都有，所以光伏发电应用范围广；（7）降价速度快，能量偿还时间有可能缩短；（8）可以与蓄电池相配组成独立电源，也可以并网发电。
它的主要缺点有：（1）覆盖面积大但太阳能能量密度低；（2）光伏发电具有间歇性和随机性；（3）各个地区太阳能资源分布情况不同，所以光伏发电区域性强。
另外光伏发电的成本较高，是火电成本的6倍，是风电的4倍多，高额的发电成本决定了目前光伏发电必须依靠政策补贴运行。过去十几年光伏发电行业爆炸性增长的原因在于欧美发达国家相继出台光伏发电的补贴政策，补贴政策也成为光伏发电行业增长的主要驱动力。例如，日本政府于2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子的减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延2～6年。
中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期，太阳能电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段，在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。
视野拓展
一、太阳能容量的表示法
MW代号的含义：MW是兆瓦，1MW等于1000kW，W是太阳能pP电池的峰值功率。
二、日本政府的太阳能发电普及行动计划
据日经BP社2008年11月14日报道：日本经济产业省、文部科学省、国土交通省以及环境省于2008年11月11日联合发布了“太阳能发电普及行动计划”，主要内容包括：（1）争取到2020年、2030年太阳能电池的发电量分别增加至2005年的10倍、40倍，期间年均复合增速约为16%；（2）在未来3～5年内，将太阳能电池系统的价格降至目前的50%左右；（3）推进太阳能电池材料和模块的技术开发、实现系统的轻量化和安装的简化；（4）向家庭方面普及提供补助金，并加快公路、铁路、港口及机场等公共设施领域内的普及。
三、中国“光明工程”项目和“送电到乡”工程
1.光明工程
1997年5月7日，国家确定“中国光明工程”已进入实施阶段，5年内将有800万无电贫困人口成为这一工程的首批受惠者。“中国光明工程”将通过开发利用风能、太阳能等新能源，以新的发电方式为那些远离电网的无电地区提供能量，为改变当地贫困落后的面貌提供条件。这一计划是我国政府为响应1996年在津巴布韦召开的“世界太阳能高峰会议”上提出的在全球无电地区推行“光明工程”的倡议而制订的。目前，我国有7656万无电人口、16个无电县、29783个无电村，这些人口和地区都远离电网，负荷小而分散，无法用延伸电网的方式供电。无电成为制约经济发展的一大障碍。据国家计委人士介绍，我国风能、太阳能资源丰富，风能可开发总量为2.53亿kW，年日照时间为2000 h以上的地区占国土面积的2/3。同时，通过自主开发和引进技术，我国已能提供多种配套风能发电设备，为实施中国光明工程奠定了技术基础。据悉，“中国光明工程”近期将选择风力发电作为突破口。其目标是到2010年利用风力发电为我国有风无电地区的2300万人口供电。首期目标将在5年内完成2000个无电村、100个微波通信站的风电系统等的建设，装机总量40～60万kW，可以为全国1/10无电人口即800万人送去光明。
2.送电到乡
2002—2004年，国家组织实施了“送电到乡”工程，中央和地方财政共安排47亿元资金，在内蒙古、青海、新疆、四川、西藏和陕西等12个省（市、区）的1065个乡镇，建设了一批独立的光伏、风光互补、小水电等可再生能源电站，其中光伏电站占大部分，解决了当地居民生活用电问题。
3.金太阳工程
金太阳工程是一个崭新的提法，意味着太阳能产业在政策面上，将会得到更大力度的支持。
2009年7月21日，财政部联合科技部和国家能源局发布财建公告，宣布金太阳示范工程正式启动，并制定了《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》同时印发。金太阳示范工程是我国促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业，支持光伏发电技术在各类领域的示范应用及关键技术产业化的具体行动，计划在2～3年时间内实施完成。纳入金太阳示范工程的项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。
金太阳示范工程项目计划实施年限为2009—2011年。补贴范围包括利用大型工矿、商业企业以及公益性事业单位现有条件建设的用户侧并网光伏发电示范项目，提高偏远地区供电能力和解决无电人口用电问题的光伏、风光互补、水光互补发电示范项目，在太阳能资源丰富地区建设的大型并网光伏发电示范项目，光伏发电关键技术产业化示范项目，包括硅材料提纯、控制逆变器、并网运行等关键技术产业化，光伏发电基础能力建设，包括太阳能资源评价、光伏发电产品及并网技术标准、规范制定和检测认证体系建设五项。《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》财政补贴的项目，已享受国家可再生能源电价分摊政策支持的光伏发电应用项目不在本办法支持范围。
工程要求单个项目装机容量不低于300kW，建设周期原则上不p超过1年，运行期不少于20年，并网光伏发电项目的业主单位总资产不少于1亿元，项目资金不低于总投资的30%。对于符合条件的示范工程项目，并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。光伏发电关键技术产业化和产业基础能力建设项目，给予适当贴息或补助。并要求各地电网企业应积极支持并网光伏发电项目建设，提供并网条件，用户侧并网的光伏发电项目所发电量原则上自发自用，富余电量及并入公共电网的大型光伏发电项目所发电量均按国家核定的当地脱硫燃煤机组标杆上网电价全额收购。原则上每省示范工程总规模不超过20MW，全国采取财政补助方式支持不低于500MW的光伏发电示范项目。
金太阳示范工程是财政部继光伏建筑补贴政策推出之后的大举措。此次补贴的范围主要为用户侧并网光伏发电项目、无电地区光伏发电项目和大型并网光伏发电项目3项，是同光伏建筑补贴政策互为补充的，共同涵盖了光伏产业下游的主要应用领域，对开拓我国尚处于萌芽期的光伏市场，加速我国光伏产业的发展，有着不可估量的推动和促进作用。
练习与思考
1.什么是光伏效应?哪些生产属于光伏产业?
2.光伏发电与其他能源的发电相比，具有哪些优、缺点?
3.名词解释：光明工程、送电到乡、金太阳工程。
4.请简单描述光伏效应的工作原理。第二节 光伏产业链的工艺概述
太阳能光伏产业链包括多晶硅原料生产、硅棒/硅锭生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏产品生产和光伏发电系统等环节，如图1-7所示。在产业链中，太阳能电池制造是最重要的生产环节。目前，世界上太阳能光伏电池90%以上是以单晶硅或多晶硅为原材料生产的。图1-7 太阳能光伏产业链图
通常的晶体硅太阳能电池是在厚度为350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成，整个生产工艺非常复杂，生产环节众多，主要的生产环节如图1-8所示。图1-8 硅太阳能电池的生产流程
1.多晶硅料
多晶硅料的提炼需要较大资金投入、较多能源消耗（每生产1 kg多晶硅料需要耗电200～500kW·h）和较高技术门槛。目前，国际上生产高纯度多晶硅料的生产工艺85%以上采用改良西门子法，它是利用氯气和氢气合成 HCl，HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl ，3然后对SiHCl进行分离精馏提纯，提纯后的 SiHCl在氢还原炉内进行33化学气相沉积反应得到高纯多晶硅料。这种高纯多晶硅料的纯度要求较高，一般需达到99.9999%以上。
2.铸锭切片
多晶硅料需要转化成单晶硅棒或多晶硅锭后，才能把它进一步加工成硅片、电池和组件。单晶硅棒生产最常用的工艺就是直拉法。在这个过程中，将多晶硅料放入石英坩埚中，经过加温后缓慢熔化，浸入一根具有一定晶向的籽晶，经过缩颈、放肩、转肩、等径、收尾生长和冷却过程，完成一根单晶的生长过程。多晶硅锭生产最常用的工艺是铸锭法。在这个过程中，将多晶硅放入石英坩埚中，经过加热、熔化、长晶、退火和冷却，完成一个多晶晶锭的生长过程。把单晶硅棒或多晶晶锭切割成硅片，目前基本上采用的是多线切割技术。将硅棒或硅锭经表面整形、定向、切割、研磨、腐蚀、抛光、清洗等工艺，加工成符合特定要求的硅片。硅片的厚度已经从2004年的主流厚度270μm发展到现在的以200μm为主。目前，国际上部分厂家生产的硅片厚度可以达到180μm。目前硅片的利用率已经提高了32%以上。由于拉晶炉和铸晶炉设备生产基本上实现了国产化，再加上技术门槛较低，所以近年我国新上了一大批拉棒切片项目，大大促进了行业的发展。
3.晶体硅电池
拉棒切片的下一个环节就是生产太阳能电池，太阳能电池分为晶体硅电池和薄膜涂层电池两大类。晶体硅电池占据了90%以上的市场份额，其中单晶硅电池的转换效率最高。多晶硅电池的转换率也突破了16%。制造太阳能晶体硅电池需要经过很多工艺，其中包括硅片清洗、表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜和丝网印刷等。
4.电池组件
为了满足太阳能电池的实际使用要求，须将若干单体电池按电性能分类进行串、并联，经过封装后组合成可以独立作为电源使用的最小单元，这个独立的最小单元称为太阳能电池组件。太阳能电池组件由光伏电池和金属框架、玻璃盖片、电缆引线以及黏结剂等组成。在封装过程中，单体太阳能电池之间是用金属导电带串联或并联焊接在一起的。目前常用的晶体硅太阳能电池封装一般是依次将钢化白玻璃-EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）-光伏电池片-虹吸玻璃-EVA-PVF（聚氟乙烯）复合膜叠起，放入层压封装机内进行封装，再组装上导线、接线盒、边缘密封带及金属柜架，就完成了整套组件的封装工艺。在整个光伏产业链条中，太阳能电池组件封装的资金和技术门槛最低。多数设备已实现国产化，且价格比较便宜。由于电池片越来越薄，为了降低破碎率，一些企业习惯依靠手工操作。采取OEM代工方式，可进一步减少流动资金占用。近年来，电池组件这一环节发展最为迅速。
5.光伏系统
光伏系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统。一般将光伏系统分为独立系统、并网系统。光伏发电系统由电池方阵、蓄电池组、控制器和逆变器等组成。电池方阵是由多块光伏电池组件串联、并联构成的阵列，其作用是将太阳能转换为电能。蓄电池组由多只蓄电池串联或并联组成，其作用是储存光伏电池方阵发出的电能，并可随时向负载供电。控制器是防止蓄电池组被电池方阵过充电和被负载过放电，使蓄电池组使用达到最佳状态的中心控制设备。逆变器是光伏发电系统的电源转换设备，其作用是将直流电转换为单相或者三相交流电。由于电池组件是半导体材料，控制器和逆变器是电子设备，蓄电池是化学装置，所以发电系统无转动部件，运行可靠，故障率低，一次投资可保证20年不间断供电。发电系统按运行方式可分为离网运行系统和并网运行系统两大类。其中，离网运行系统主要用于为公共电网难以覆盖的边远农村、牧区和海岛的农、牧、渔民提供基本生活用电，为通信中继站、沿海与内河航标、气象台站及边防哨所等特殊场合提供电源。并网运行系统把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器把电能送上电网。光伏并网发电是当今世界太阳能发电技术发展的主流趋势。
6.光伏发电、安装工程及电站运营
光伏发电，实际上就是太阳能电池在光伏产业链下游产业集群的核心功能价值表现。光伏产业链的下游企业，除太阳能电池并网发电在发电工程等领域的具体应用外，还包括太阳能光伏电池与机电产业、建筑材料的结合利用光伏集成建筑等方面，目前在国内市场的准入门槛还不是太高。光伏发电产业的普及，在当前需要政府的引导和激励。
光伏发电具有广泛的应用，太阳能光伏终端产品主要有室外照明装饰灯具、道路交通警示标志、太阳能多功能电源、电源转换器、太阳能户用电源、太阳能控制系统主板、光伏（风/光/柴互补）电站等，如图1-9所示。（1）居民用户太阳能电源：①小型电源为10～100W不等，用于边远无电地区（如高原、海岛、牧区、边防哨所等）军民生活用电，如照明、电视、收录机等；②3～5 kW家庭屋顶并网发电系统；③光伏水泵用于解决无电地区的深水井饮用、灌溉。（2）交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。（3）通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通信/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。图1-9 太阳能发电的应用（4）石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。（5）家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。（6）光伏电站：10kW～50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车场充电站等。（7）太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来的发展方向。（8）其他领域包括：①与汽车配套的太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；②太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；③海水淡化设备供电；④卫星、航天器、空间太阳能电站等。
7.应用材料及相关产业
光伏产业链不仅涉及电池片项目，而且还带动多晶硅料、硅棒、硅锭、硅片、电池片、电池组件、发电系统和应用产品的发展，同时还需要大量的应用材料为其配套。低铁玻璃由于具有透光率高、反光率低、机械强度大和耐腐蚀等特点，被广泛应用于光伏组件的基板材料。硅烷是生产单晶硅、多晶硅、非晶硅等一系列含硅化合物的基本材料。在等离子增强化学气相沉积工艺中，它生成一层减反射膜沉积在电池片表面。三氯氧磷用于在电池片的扩散过程中与氧气反应生成磷原子，磷原子又作为光伏电池的N型掺杂物，渗透到硅片表层形成PN结。同时它还广泛应用于制药、染化、塑胶助剂、表面活性剂等行业。三氯氢硅是制备多晶硅料的主要原料，目前国内市场上供不应求，缺口较大，而生产三氯氢硅的主要原料是硅粉、氯气和氢气，因此很适合在氯碱企业作为下游产品进行开发。光伏电池封装用的黏结材料一般是EVA胶黏剂。它是一种热熔黏结胶膜，常温下并无黏性。只有经过热压时才发生熔融黏结和胶结固化。与光伏发电配套的逆变器、蓄电池、控制器、跟踪器、聚光系统和LED灯等产品近年也迅速发展。
视野拓展
一、在整个产业链中，硅料尤其是高纯度的硅料毛利率最高
由于近年来光伏产业的快速发展，硅料出现供不应求的状况，硅料的价格更是节节攀升。2008年年初，从以工业硅为原料提纯后所得的多晶硅价格已经上涨至约300美元/千克，部分高纯度多晶硅甚至达到500美元/千克。其次是硅片生产的利润率较高，而组件生产和工程安装利润率最低，约为10%。工业硅料的生产主要在发展中国家进行，是产业链中高能耗、高污染的一环。工业硅料经提纯后得到高纯度的硅料（纯度在99.9999%以上），其价格高昂。高纯度硅料的供应商主要来自美国、德国和日本。随着光伏产业的发展，这些公司有扩大高纯度硅料产能的趋势，如美国HSC公司（Hemlock SemiconductorCorporation）的多晶硅产能将从目前的1万t增加到2008年的1.45万t，预计2010年可扩产至1.9万t；另一家公司MEMC公司（MEMCElectronicMaterialsInc.）的产能也将由4900t提高至2009年的8000t。
二、各国主要太阳能发电产业相关厂商情况
日本、欧洲、美国是太阳能发电产业发展领先的国家，涌现出一批优秀的公司。
Sharp夏普（日本）是全球最大的太阳能公司。2006年，该公司实现营业收入237亿美元（太阳能业务收入约占7%），净利润7.52亿美元。
Kyocera京磁（日本）是全球第2大太阳能公司。2006年，该公司实现营业收入100亿美元（太阳能业务收入约占8%），净利润5.9亿美元。
Conergy AG（德国）是世界最大的太阳能系统批发商，德国太阳能系统安装的领导者。2006年，该公司实现营业收入7.52亿欧元，净利润0.3亿欧元，分别同比增长42%和12%。
SolarWorld（德国）是德国领先的太阳能公司之一。2006年，该公司实现营业收入6.79亿美元，净利润1.72亿美元。
MEMC（美国）是全球最大的硅料制造商之一，2006年，该公司实现营业收入15.4亿美元，净利润3.7亿美元。
Motech茂迪（中国台湾）是台湾地区领先的电池和组件企业，2006年，该公司实现营业收入1.36亿美元，净利润0.35亿美元。
Evergreen Solar（美国）是世界领先的硅切片生产商，拥有先进的工艺技术。2006年，该公司实现营业收入1.03亿美元，同比增长134%，亏损0.27亿美元。
近二三年，我国太阳能发电产业发展迅猛，也涌现出了一批优秀的企业。其中，无锡尚德、中电光伏、常州天合、林洋新能源、赛维LDK等企业还先后在海外市场挂牌上市。
无锡尚德主要从事晶体硅太阳能电池、组件以及光伏发电系统的研究、制造和销售。2005年12月14日，该公司在美国纽约证券交易所上市，成为中国内地首家在纽交所上市的非国有高科技企业。2006年，尚德公司太阳能电池产能位列全球第4位。当年，公司实现营业收入5.98亿美元，净利润1.06亿美元。
中电光伏是中电电气与澳大利亚博士团队于2004年6月合作创立的一家集太阳能电池的研发、制造于一体的高新技术企业，2007年5月在美国纳斯达克上市。目前，该公司拥有6条太阳能电池生产线，年生产能力为192MW，位居全国第二。2006年实现营业收入1.50亿美元。
常州天合位于江苏常州电子产业园，在美国纽约证券交易所上市。该公司业务涉及单晶、硅片、组件和系统安装，实现了光伏产业链的垂直一体化整合。2006年实现营业收入1.43亿美元，净利润0.12亿美元。
江苏林洋新能源有限公司成立于2004年8月，是一家集太阳能电池片、电池组件的研发、生产、销售于一体的企业，2006年年末在美国上市。2006年，该公司实现营业收入0.82亿美元，净利润0.13亿美元。
赛维LDK太阳能高科技公司是目前亚洲规模最大的太阳能多晶硅片生产企业（2006年10月产能达到200MW），拥有国际最先进的生产技术和设备。该公司拥有稳定原材料供应，专注于生产最经济的太阳能多晶硅片，正致力于发展成为一个“世界级光伏企业”。
练习与思考
1.光伏产业链主要由哪几个环节构成?
2.常用的晶体硅太阳能电池封装的主要步骤有哪些?
3.光伏发电主要应用在哪几方面?第三节 太阳与太阳能
1.太阳的概况
太阳是离地球最近的一颗恒星，也是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的99.865%。太阳也是太阳系里唯一自己发光的天体，它给地球带来光和热。如果没有太阳光的照射，地面的温度将会很快地降低到接近零开。由于太阳光的照射，地面平均温度才会保持在14℃左右，形成了人类和绝大部分生物生存的环境。
太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球，半径为6.96×52710km（是地球半径的109倍），质量约为1.99×10t（是地球质量的33万倍），平均密度约为地球的1/4。太阳的能量主要来源于氢聚变成1111氦的聚变反应，每秒有6.57×10kg的氢聚合生成6.53×10kg的氦，23连续产生3.90×10kW的能量。这些能量以电磁波的形式，以3×510km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接受到太阳总辐射的14二十二亿分之一，即有1.77×10kW达到地球大气层上边缘，由于穿13越大气层时的衰减，最后约8.5×10kW到达地球表面，这个数量相当于全世界发电量的几十万倍。
根据目前太阳产生的核能速率估算，其氢的储量足够维持600亿年，而地球内部组织因热核反应聚合成氦，它的寿命约为50亿年。太阳的质量很大，在太阳自身的重力作用下，太阳物质向核心聚集，核心中心的密度和温度很高，使得能够发生原子核反应。太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气。（1）核反应区：在太阳半径25%的区域内，是太阳的核心，集中了太阳一半以上的质量。此处温度大约1500万度（K），压力约为32500亿大气压，密度接近158g/cm。（2）辐射区：在核反应区的外面是辐射区，所属范围为0.25～30.8R，温度下降到13万度（K），密度下降为0.079 g/cm。在太阳核心产生的能量通过这个区域由辐射传输出去。（3）对流区：在辐射区的外面是对流区（对流层），所属范围为30.8～1.0R，温度下降为5000度（K），密度为8～10 g/cm。在对流区内，能量主要靠对流传播。（4）太阳大气：大致可以分为光球、色球、日冕等层次。最底层称为光球，色球是中间层，外层称为日冕。日冕是极端稀薄的气体壳，可以延伸到几个太阳半径之远。可见，太阳并不是一个等温的黑体，而是一个层次丰富，不同波长放射、吸收的辐射体。
2.太阳光
太阳光是太阳上的核反应“燃烧”发出的光，经很长的距离射向地球，再经大气层过滤后到地面，它的可见光谱段能量分布均匀，所以是白光。由各种光源发出的光，由于光波的长短、强弱、比例性质的不同而形成不同的色光，称为光源色。
光源色是影响物体色彩的重要因素。1666年，英国科学家艾萨克·牛顿首次完成用三棱镜分离太阳光束的实验，并由此证明，太阳的白光是由各种色光组合而成的。
太阳光是最重要的自然光源，它普照大地，使整个世界姹紫嫣红、五彩缤纷。当光线随时间推移以及天气发生变化时，都会直接影响物象的色彩。除了太阳光之外，还有其他各种光源，如人们日常生活中使用的灯光，它是人工光源，比阳光弱得多，而且所含的可见光比例也和阳光不同。一般白炽灯发出的光常偏红、黄色光，而日光灯发出的光则偏蓝色光。
太阳光是一种电磁波，分为可见光和不可见光，如图1-10所示。可见光是指肉眼看到的，如太阳光中的赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫绚丽的七色彩虹光；不可见光是指肉眼看不到的，如紫外线、红外线等。红外线的波长是0.77～1000μm，分为近红外、中红外、远红外线等，其中远红外线波长为2.5～30μm，占红外线光波的20%左右，经过光的透射、折射、反射及物体的吸收，仅剩很少的一部分还维系着地球上一切生物的生存，包括人类的成长和生命的延续，因此远红外线被称为“生育光线”。
3.太阳能的利用
就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热器、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。图1-10 太阳辐射光谱（1）太阳能集热器：太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。太阳能集热器（Solar Collector）是在太阳能热系统中，接收太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热介质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种，使用寿命为20～30年。（2）太阳能热水系统：当前最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万台太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。（3）太阳能暖房：利用太阳能做冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若欲减少大量化石能源的消耗，可设法应用太阳辐射热。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，以及室内暖房风扇系统组成的，其过程为太阳辐射热传导，经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，它将热水通至储热装置之中，然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，再把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，再利用风扇吹送被加热空气至室内，从而达到暖房效果。（4）太阳能发电：即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备需要时使用。
4.太阳能发电系统概述
将太阳光辐射能通过光伏效应直接转换为电能，称为太阳能光伏发电技术。太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器和用户负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，用户负载为系统终端。
以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳能电池具有生产效率高、成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池近年有了快速发展，但现在还占不到光伏发电的6%。从目前来看，薄膜电池虽有很好的发展潜质，但单晶硅与多晶硅电池仍是较长时间内的主流产品。太阳能光伏发电技术日新月异，企业转换率已达17%，实验室转换率已达24.7%，每年的平均增长速度超过0.2%以上。
由于太阳能光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得、无机械转动部件、故障率低、维护简便、无人值守、建站周期短、规模大小随意和无须架设输电线路、方便与建筑物结合等特点，它已成为太阳能发电最基本、最普遍和最有前景的应用形式。
太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现大多可以实现，太阳能发电还有更加激动人心的计划。
一个是日本提出的创世纪计划：准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站连成统一电网以便向全球供电。据测算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太阳能22发电供给全球能源，占地也不过为 65.11万km、186.79万km、22829.19万km。829.19万km仅占全部海洋面积的2.3%或全部沙漠的 51.4%，甚至仅是撒哈拉沙漠的 91.5%。因此这一方案是有可能实现的。
另一个是天上发电方案：早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站的设想，准备在同步轨道上放一个长10km、宽5km的大平板，上面布满太阳能电池，这样便可提供500万kW电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。
练习与思考
1.太阳从中心到边缘可分为哪几个区域?
2.对于目前来说，太阳能主要用于哪几方面?
3.光伏发电系统是由哪几部分组成的?各部分主要功能有什么作用?
阅读材料
一、我国的太阳能资源
在我国，西藏西部太阳能资源最丰富，最高达到2333kW·h/22m（日辐射量6.4kW·h/m），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。根据各地接收太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区。
一类地区：为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量为226680～8400 MJ/m ，相当于日辐射量5.1～6.4 kW·h/m。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地，尤以西藏西部最为丰富。
二类地区：为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为225850～6680 MJ/m ，相当于日辐射量4.5～5.1 kW·h/m。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。
三类地区：为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为225000～5850 MJ/m ，相当于日辐射量3.8～4.5 kW·h/m。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。
四类地区：是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量为224200～5000 MJ/m ，相当于日辐射量3.2～3.8kW·h/m。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。
五类地区：主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的2地区，年太阳辐射总量为3350～4200 MJ/m ，相当于日辐射量只有22.5～3.2 kW·h/m。
太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得，也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据是水平面的辐射数据，包括水平面总辐射，水平面直接辐射和水平面散射辐射。从全国来看，我国是太阳能资源2相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kW·h/m以上，2西藏最高达7kW·h/m。
二、中国光伏产业发展的关键问题（1）材料在外、装备在外和市场在外：行业关键技术被国外企业掌握；关键设备尚需进口，装备在外正在解决；市场在外有待解决。（2）“三顶帽子”高能耗、高污染、高成本：生产光伏电池及组件的能耗问题；生产多晶硅时产生的污染问题；光伏电池组件成本问题。第二章 硅材料基础
学习要求
1.掌握硅材料的常识、分类、用途等基础知识。
2.了解硅矿的分布以及硅材料的检测。
学习重点
1.掌握硅材料的分类及用途。
2.掌握半导体材料的一般性质。
3.了解国内硅矿资源状况及地理分布。
4.了解硅材料的相关检测仪器。第一节 硅材料基础
硅是重要的半导体材料，它的化学元素符号为Si，电子工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和机械等性能。硅是产量最大、应用最广的半导体材料，它的产量、用量和应用程度标志着一个国家的电子工业水平。
1.硅材料常识
硅是地壳中储存量最高的固态元素，其含量为地壳的1/4，但在自然界中不存在单体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。硅的原子价主要为4价，其次为2价；在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与许多元素化合。
硅材料资源丰富，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径、无位错、低微缺陷单晶，晶体力学性能优越，易于实现产业化，成为半导体的主体材料。
2.硅材料的分类
硅材料可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅；从纯度上分，也可以分为冶金级（工业硅）、太阳能级、电子级硅材料。
多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原材料，是全球电子工业及光伏产业的基石。多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理、化学反应提纯后达到一定纯度后的电子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，也是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。多晶硅如图2-1所示。
单晶硅也称为硅单晶，是电子信息材料中最基础的材料，属于半导体材料类，它是由多晶硅冶炼生成，单晶硅片如图2-2所示。图2-1 多晶硅图2-2 单晶硅片
非晶硅又名无定形硅，是硅的一种同素异形体。晶体硅通常呈正四面体排列，每个硅原子都位于正四面体的顶点，并与另外四个硅原子以共价键紧密结合。这种结构可以延展得非常庞大，从而形成稳定的晶格结构。但无定性硅不存在这种延展开的晶格结构，原子间的晶格网络呈无序排列，因此它不具有较高的稳定性。
冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成，一般含硅为90%～95%以上，部分产品硅含量高达99.8%以上。
太阳级硅（SG）：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，一般认为含硅在 99.99%～99.9999%（4～6个9）。
电子级硅（EG）：一般要求含硅在 99.9999%以上，超高纯达到 -199.9999999%～99.999999999%（9～11个9）。其导电性介于 10 ～1010Ω·cm。
3.硅的用途（1）高纯度的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，可形成P型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成N型和P型半导体结合在一起，就可制成太阳能电池，将光能转变为电能，它在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外，广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括计算机内的芯片和CPU）都是用硅作为原材料。（2）制作金属陶瓷、进行宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，可制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷各自的优点，又弥补了两者的缺陷，可应用于军事武器的制造。“哥伦比亚号”航天飞机能抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温，全靠31000块硅瓦拼砌成的外壳。（3）制作光导纤维。用纯二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路经过无数次的全反射向前传输，可代替笨重的电缆用来传输信息。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，就可以同时传输256路以上的电话信息，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。（4）制成性能优异的硅有机化合物。例如，有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题；在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。
4.半导体材料的性质
半导体材料虽然种类很多，然而它们都具有一些相同的性质，应用也十分广泛。
1）热敏性
半导体材料电阻率随温度变化与金属材料相反。半导体的电阻率随温度的升高而迅速下降，这和金属材料的性质正好相反，金属材料的电阻率是随温度的升高而增大。利用热敏性可以生产出电子温度计中广泛采用的热敏元件。
2）磁敏性
半导体在磁场中会发生霍尔效应、磁阻效应等。例如在一个长方形半导体材料中，沿长度方向有电流通过时，若在垂直于电流片的宽度方向上施加一个磁场，半导体就会发生电阻率增大的现象。利用此特性可以制造磁敏电阻，从而控制电机的恒速转动。
3）掺杂性
在半导体材料中掺入少量杂质，可以控制半导体材料的电导率。利用掺杂性，可以制造生产二极管、三极管等电子元件。
4）压敏性
半导体具有压敏效应，即对半导体施加应力时，会使电阻率（或电导率）发生改变的现象。利用半导体的压敏性，可以生产制造电子秤中的压力检测元件等。
5）光电性
半导体具有伏打效应，即在光的照射下，电路中会产生电流或电流变化。利用这种光电特性，可以生产光伏太阳能电池等产品。
6）热电性
半导体具有热电效应，即把热能转换电能，其中最重要的是温差电现象。利用半导体的热电性，可以进行深海温差发电。
视野拓展
一、国外硅材料工业的发展
1.1917年，切克劳斯基（Czochraski）发明了拉晶方法，并于1950年被蒂尔和里特尔两人应用拉制锗单晶及硅单晶，这就是目前应用广泛的直拉法，即Cz法。
2.1947年12月，巴第恩（Bardeen）等人发明了晶体管，正式拉开了半导体时代的序幕。
3.1952年，普凡（Pfann）发明了区熔法，即Fz法。
4.1954年，蒂尔成功地研制出了世界第一只硅单晶晶体管。
5.1958年，基尔比（Killby）发明了集成电路（IC），揭开了半导体时代新的一页，奠定了信息时代的基础。目前，已能在一个芯片上89集成10 ～10个晶体管，其特征工艺线宽已达到几十纳米级。
二、国内硅材料工业的发展
1.1957年，北京有色金属研究总院开始从事半导体硅材料的研究工作。
2.1958年10月，在北京有色金属研究总院成立了中国第一个硅材料研究室，系统地开展了多晶硅、单晶硅的研制及硅材料性能的研究工作，并研制出了中国第一只直拉硅单晶。
3.1959年，中国对多晶硅的研制工作取得了可喜成绩，利用SiCl氢还原法获得了直径为30mm的多晶硅棒。4
4.1960年，中国科学院在北京建立了半导体材料研究所。
5.1961年，北京有色金属研究总院研制出了中国第一只区熔硅单晶。
6.1962年，在天津成功研制出了化合物半导体材料砷化镓（GaAs）单晶。
7.1964年，利用中国自己的技术成果，由北京有色金属研究总院硅材料研究室在四川峨眉建立了中国第一个从事硅材料、化合物半导体材料及高纯金属研究和生产的半导体基地。
8.1972年，四川永川半导体研究所研制出了中国第一块PMOS型大规模集成电路。
9.1992年，北京有色金属研究总院研制出了中国第一支直径为150mm的硅单晶。
10.1995年，建成了中国第一条150mm的抛光线，能满足1.2～0.8μm线宽IC工艺的需求。同年，直径为200 mm的硅单晶研制成功。
11.1997年，直径为300mm的硅单晶研制成功。
12.2001年2月，第一条直径200mm硅片抛光线正式运行，同年10月研制出了第一批直径为300mm的抛光片。
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