太阳能电池发展历史独家收集整理

太阳能电池的发展历史太阳能光伏发电最核心的器件——太阳电池。从 1839 年法国科学家 E. Becquerel 发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象） 算起， 太阳能电池已经经过了 160 多年的漫长的发展历史。 从总的发展来看， 基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用。 对太阳电池的实际应用起到决定性作用的是美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功， 在太阳电池发展史上起到里程碑的作用。 至今为止， 太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。太阳电池后来的发展主要是薄膜电池的研发，如非晶硅太阳电池、 CIS 太阳电池、 CdTe太阳电池和纳米燃料敏化太阳电池等，此外主要的是生产技术的进步， 如丝网印刷、 多晶硅太阳电池生产工艺的成功开发， 特别是氮化硅薄膜的减反射和钝化技术的建立以及生产工艺的高度自动化等。回顾历史有利于了解光伏技术的发展历程，按时间的发展顺序，将于太阳电池发展有关的历史事件汇总如下：1893 年法国实验物理学家 E.Becquerel 发现液体的光生伏特效应，简称为光伏效应。1877 年 W.G.Adams和 R.E.Day 研究了硒（ Se）的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池。1883 年美国发明家 CharlesFritts 描述了第一块硒太阳能电池的原理。1904 年 Hallwachs 发现铜与氧化亚铜（ Cu/Cu2O）结合在一起具有光敏特性；德国物理学家爱因斯坦（ AlbertEinstein ）发表关于光电效应的论文。1918 年波兰科学家 Czochralski 发展生长单晶硅的提拉法工艺。1921 年德国物理学家爱因斯坦由于 1904 年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔（ Nobel）物理奖。1930 年 B.Lang 研究氧化亚铜 / 铜太阳能电池，发表“新型光伏电池”论文； W.Schottky 发表“新型氧化亚铜光电池”论文。1932 年 Audobert 和 Stora 发现硫化镉 (CdS)的光伏现象。1933 年 L.O.Grondahl 发表“铜 - 氧化亚铜整流器和光电池”论文 . 1951 年生长 p-n 结，实现制备单晶锗电池。1953 年 Wayne州立大学 DanTrivich 博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。1954 年 RCA实验室的 P.Rappaport 等报道硫化镉的光伏现象，(RCA:RadioCorporationofAmerica, 美国无线电公司 ) 。贝尔 (Bell) 实验室研究人员 D.M.Chapin,C.S.Fuller 和G.L.Pearson 报道 4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现， 几个月后效率达到 6%。1955 年西部电工（ WesternElectric ）开始出售硅光伏技术商业专利，在亚利桑那大学召开国际太阳能会议， Hoffman 电子推出效率为 2%的商业太阳能电池产品，电池为 14mW/片， 25 美元 / 片，相当于1785USD/W。1956 年 P.Pappaport,J.J.Loferski 和 E.G.Linder 发表“锗和硅 p-n 结电子电流效应”的文章。1957 年 Hoffman 电子的单晶硅电池效率达到 8%；D.M.Chapin,C.S.Fuller 和 G.L.Pearson 获得“太阳能转换器件”专利权。1958 年美国信号部队的 T.Mandelkorn 制成 n/p 型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，这对太空电池很重要； Hoffman 电子的单晶硅电池效率达到 9%；第一个光伏电池供电的卫星先锋 1 号发射，光伏电池 100c ㎡ ， 0.1W,为一备用的 5mW话筒供电。1959 年 Hoffman 电子实现可商业化单晶硅电池效率达到 10%， 并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻；卫星探险家 6 号发射，共用 9600 片太阳能电池列阵，每片 2c ㎡ ，共 20W。1960 年 Hoffman 电子实现单晶硅电池效率达到 14%。1962 年第一个商业通讯卫星 Telstar 发射，所用的太阳能电池功率 14W。1962 年第一个商业通讯卫星 Telstar 发射，所用的太阳能电池功率 14W。1962 年第一个商业通讯卫星 Telstar 发射，所用的太阳能电池功率 14W。1963 年 Sharp 公司成功生产光伏电池组件；日本在一个灯塔安装 242W光伏电池阵列，在当时是世界最大的光伏电池阵列。1964 年宇宙飞船“光轮发射”，安装 470W的光伏阵列。1965 年 PeterGlaser 和 A.D.Little 提出卫星太阳能电站构思。1966 年带有 1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。1972 年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电。1973 年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。1974 年日本推出光伏发电的“阳光计划”； Tyco 实验室生长第一块 EFG晶体硅带， 25mm宽， 457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth ，定边喂膜生长 ) 。1977 年世界光伏电池超过 500KW； D.E.Carlson 和 C.R.Wronski在 W.E.Spear 的 1975 年控制 p-n 结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅 (a-Si) 太阳能电池。1979 年世界太阳能电池安装总量达到 1MW。1980 年 ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到 1MW光伏电池生产厂家； 三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。1981 年名为 SolarChallenger 的光伏动力飞机飞行成功。1982 年世界太阳能电池年产量超过 9.3MW。1983 年世界太阳能电池年产量超过 21.3MW；名为 SolarTrek 的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚， 20 天内行程达到 4000Km. 1984 年面积为 929c ㎡ 的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。1985 年单晶硅太阳能电池售价 10USD/W； 澳大利亚新南威尔土大学 MartinGreen 研制单晶硅的太阳能电池效率达到 20%。1986 年 6 月， ARCOSolar发布 G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。1987 年 11 月，在 3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV- 动力汽车竞赛上， GMSunraycer获胜，平均时速约为 71km/h。1990 年世界太阳能电池年产量超过 46.5MW。1991 年世界太阳能电池年产量超过 55.3MW；瑞士 Gratzel 教授研制的纳米 TiO2 染料敏化太阳能电池效率达到 7%。1992 年世界太阳能电池年产量超过 57.9MW。1993 年世界太阳能电池年产量超过 60.1MW。1994 年世界太阳能电池年产量超过 69.4MW。1995 年世界太阳能电池年产量超过 77.7MW；光伏电池安装总量达到 500MW。1996 年世界太阳能电池年产量超过 88.6MW。1997 年世界太阳能电池年产量超过 125.8MW。1998 年世界太阳能电池年产量超过 151.7MW； 多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。1999 年世界太阳能电池年产量超过 201.3MW；美国 NREL的M.A.Contreras 等报道铜铟锡（ CIS）太阳能电池效率达到 18.8%；非晶硅太阳能电池占市场份额 12.3%。2000 年世界太阳能电池年产量超过 399MW； WuX.， DhereR.G.，AibinD.S. 等报道碲化镉（ CdTe）太阳能电池效率达到 16.4%；单晶硅太阳能电池售价约为 3USD/W。2002 年世界太阳能电池年产量超过 540MW； 多晶硅太阳能电池售价约为 2.2USD/W。2003 年世界太阳能电池年产量超过 760MW；德国 FraunhoferISE的 LFC（ Laserfired-contact ）晶体硅太阳能电池效率达到 20%。2004 年世界太阳能电池年产量超过 1200MW； 德国 FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到 20.3%；非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%，降为 1999 年的 1/3 ， CdTe占 1.1%；而 CIS 占 0.4%。2005 年世界太阳能电池年产量 1759MW。2006 年世界太阳能电池年产量 2500MW。2007 年世界太阳能电池年产量 4450MW。2008 年世界太阳能电池年产量 7900MW。2009 年世界太阳能电池年产量 10700MW。2010 年世界太阳能电池年产量将达 15200MW. 我国太阳能发电发展历史1958，我国研制出了首块硅单晶1968 年至 1969 年底，半导体所承担了为“实践 1 号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中，研究人员发现， P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射， 造成电池衰减， 使电池无法长时间在空间运行。1969 年，半导体所停止了硅太阳电池研发，随后，天津 18 所为东方红二号、 三号、 四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。1975 年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。1998 年，我国政府开始关注太阳能发电，拟建第一套 3MW多晶硅电池及应用系统示范项目， 这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。 可是， 当时太阳能产业发展前景尚不明朗， 加之受政策因素制约， 令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下，苗连生毅然逆势而上，争取到了这个项目的批复，成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。2001 年，无锡尚德建立 10MWp(兆瓦 ) 太阳电池生产线获得成功，2002 年 9 月，尚德第一条 10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和， 一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了 15 年。2003 到 2005 年，在欧洲特别是德国市场拉动下，尚德和保定英利持续扩产， 其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线， 使我国太阳电池的生产迅速增长。2004 年，洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了 12 对棒节能型多晶硅还原炉， 以此为基础， 2005 年，国内第一个 300 吨多晶硅生产项目建成投产， 从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。2007，我国成为生产太阳电池最多的国家，产量从 2006 年的400MW一跃达到 1088MW。2008 年，我国太阳电池产量达到 2600MW。2009 年，我国太阳电池产量达到 4000MW。表 1： 2000— 2009 年全球太阳能电池产量变化情况（单位； MW）年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 美国 74.97 100.3 120 103.2 140 154 202 266.1 432 600 日本 128.6 172.4 251 363.91 602 833 928 920 1300 1800 世界其他 20.02 22.9 45 73.8 89 102 314 663.1 668 500 欧洲 60.66 73.9 135 193.35 314 470 657 1062.8 2000 2800 中国大陆 3 4.6 10 10 50 200 400 1088 2600 4000 台湾 / / / / / / / 450 900 1000 总计 287.65 374.1 561 744.26 1195 1759 2500 4450 7900 10700 表 2 ： 2009 年全球十大太阳能电池生产厂排名（单位； MW）名次 公司名称 产量1 First solar 1100 2 无锡尚德 704 3 夏普 595 4 Q— cell 586 5 英利 525 6 晶澳 520 7 京瓷 400 8 天合 399 9 Sun power 297 10 昱晶 388