光伏的另一面
上一篇文章发出之后，与朋友们又有了一些新的讨论。
整体上，大家能够清晰的感受到我对于光伏行业未来发展的看好。但这并不是说光伏行业目前已经很完美，甚至没有缺点。
事实上，光伏行业在过去十数年、甚至更长久的时间里，经历了太多的风风雨雨。
这个朝阳行业曾经像磁石一般，吸引着人才、技术与资本的蜂拥而至，并成就过中国福布斯富豪榜的首富。然而，随潮水落去，它也曾让英雄般的名字跌落神坛，无数投资者因此血本无归。
事物皆有两面，我们就来看看光伏的另外一面。
与朋友们讨论下来，主要的短板有这么五个：占地方、靠补贴、难消纳、不环保和不连续。篇幅关系，我们准备分成两篇，第一篇探讨前两个短板：占地方和靠补贴，后三个留到下一篇。
光伏发电的原理，来自于 光生伏特效应 。
一块暴露的半导体材料，阳光中的光子与之接触后会有一部分转化为电子。由于半导体内部材质的不均匀或者掺有杂质，不同的部位会产生不同数量的电子，有的地方多一些，有的地方少一点。电子数量的不同，使得不同部位之间产生了电压（电位差）。这个时候，如果以导电体将存在电位差的不同部位相连接，电流就形成了。
从最根本的角度来看，地球上绝大部分能源的最终来源，都是太阳。以煤炭、石油为代表的化石能源，来自于远古的动植物。植物依赖阳光进行光合作用，将水和二氧化碳转化为碳水化合物，这构成了所有动物的底层食物来源。
风能来自于大气运动，水能来自于水汽循环所带来的降雨，这背后的根本推动力还是太阳照射带来的温度变化。
这些天然存在的一次能源，经过各种形式的发电机转化为人类最重要的二次能源电力，再经由电网输送到千家万户，驱动着现代生活中所必不可少的各种电力设备和家用电器。
所以，光伏发电从一开始就带着人类十分美好的期盼，因为它避免了中间环节，可以直接从太阳能转换成为电能。
在光伏行业，最核心的研究课题就是 光电转换效率 ，即照射到太阳能面板上的光照有多少可以转换成电流。这个核心指标，驱动着整个行业不断的取得一个又一个技术进步。
既然是指标，就要计算。而要计算，就得有个标准。地球上即使是相同的时节，由于所处的地理纬度不同，太阳照射的强度差别会很大。高纬度的阳光常常照在身上却感受不到多少温暖，而此时赤道地区的阳光却能将人皮肤灼伤。所以，为了能够一致的做比较，光伏人将光电效率定义标准化了：
同时，规定了检测的条件：太阳能工作温度为25℃±2℃，以及照射强度为1000 W/M2。
看不懂也没关系，只要知道 转换效率越高越好 就行了，因为这意味着同样的光照条件下，可以发出更多的电量。
目前，学术界的研究认为，以晶体硅为材料的太阳能电池转换效率的 理论极限约为29%左右 。为了缩小与理论极限的差距，近年来在主流的P型单晶电池领域，晶科能源和隆基乐叶交替向世界纪录发起新的冲击。最新的记录由隆基乐叶在2019年1月16日创下， 转换效率为24.06% 。
在实际发电的时候，一片一片的太阳能电池片需要连接起来，构成一个发电的基本单元，这个单元就叫做组件。
我们来感受一下，一个组件所能够发出的电量，以目前较为典型的60片310Wp的单晶PERC组件为例。由于我国日照时间的不同，将全国划分为三类资源区，在计算中我们以二类资源区的中值1500小时/年作为参考。
即单个组件每年可以发电465度，按照家庭每天用电5度计算， 大概可供90天左右 。如果保障一个家庭的全年供电，大概需要4-5个组件。
当然，这是理想的情况，光伏发电受日照和环境温度的共同影响，而且随着使用年限的增加，发电能力会逐渐下降。
根据晶科能源的产品手册，我们大致可以看出，刚安装好的新组件初始发电功率实际为97%，经过12年使用后下降到90%，最终到达产品使用年限25年时进一步下降至80%。
这个组件有多大呢？根据产品手册的数据，长度为1.67米，宽度为1.00米，厚度为35毫米。这意味着，需要占地1.67平方米。也就是说，保障家庭每天5度的用电量，大概需要有1.67 * 4 = 6.68 平米的空旷空间。实际安装时，由于组件并不是平铺，而是有一定的倾斜角度，实际占地应该要少一些。
与之对比，我们以装机容量60万千瓦、火电设备利用小时4300小时/年、厂用电率4.34%的典型火力发电厂为例：
折合530万个组件的年发电量，按照每块1.67平米计算，约合886.37万平米，折合8.86 平方公里。
我们再做个极端测试，根据中国电力企业联合会报告，2018年我国全 社会 用电量 6.84 万亿千瓦时，假如全部采用上述的60片光伏组件来发电，大概需要占地 68400 / 24.68 * 8.86 = 2.46 万平方公里。大约占去了我国的960万平方公里国土面积的 0.26% 。
这就是光伏最大的短板， 单位面积发电量太低 ，远远不能够与火电相比。
理解了这一点，就能够理解为什么很多人仍然不看好光伏，因为光伏发电需要占用大量的土地面积，而我国的土地整体上是稀缺的，且价格不菲。
经过上面的计算，我们对光伏发电有了新的印象： 占地方 。
那在怎样的场景中，这个短板不是那么明显呢？
有这么几类：第一类，在我国的大西北，地广人稀、日照充足，适合建设大规模的光伏地面电站；在全世界范围内，符合这个特征的地方，还是挺多的，比如中东、北非、澳大利亚、美国的中西部等。
第二类，工业厂房、园区的屋顶。这些地方，本来就闲置在那里，利用起来装上光伏，完全不需要额外的土地成本。于是乎，我们看到京东的物流园、高铁的站台、谷歌的数据中心、甚至是苹果公司新建的总部大楼，都在屋顶装上了光伏。
第三类，以矿山的塌陷区、湿地、鱼塘、湖泊为代表，将光伏组件通过漂浮载体或者固定支架放置在这些区域。上市公司之中，阳光电源有不少漂浮载体的业务，而通威股份更是利用其深耕水产饲料的优势，搞起了渔光互补。
第四类，以农业大棚为载体，在其外部加上光伏，棚内搞种植，棚外搞发电，称之为农光互补。所发出来的电力，还能够为农业自动化提供能源。
在以上几类中，土地的成本较低、甚至可以忽略，所以只要光伏发电自身的成本能够有竞争优势，其应用就不可限量。毕竟，即使不考虑化石能源的不可再生因素，我国较高的工商业电价和居民电价本身就会对于低价的其他电力来源有着强烈的需求。
与单位面积发电量的不懈斗争，转换成了一个又一个的 光伏技术创新 。
这个过程最大的技术路线变革，是单晶电池片对于多晶的取代。所谓单晶，就是晶体硅中每一个硅原子都排列的整整齐齐，良好的晶体性质使得单晶有着更高的光电转换效率。
但这是有成本的，通过直拉法或者区熔法小心翼翼生成的单晶硅棒，成本一直居高不下，在和通过较低成本的铸锭法就能生成的多晶硅锭的竞争中处于下风。
近年来，隆基股份在单晶技术上连续取得突破，一方面通过拉晶设备的国产化和技术改进不断降低硅棒的生产成本，另一方面通过引入金刚线切割技术，大幅度的降低了硅片切割的成本，并通过硅片薄化技术进一步提高了出片率。
目前，电池片环节，单晶PERC技术引领了高效电池的产能升级，再叠加诸如双面双玻、半片等组件环节的诸多技术突破，共同将量产的高效光伏组件转换效率提升到 22% 以上。
这场单多晶的对决，让双方都突破了自我。
就在昨天，天合光能宣布其研发的高效N型单晶电池高达24.58%，创下了大面积TopCon电池效率最新的世界纪录。同一天，阿特斯发布新闻公告，其研发的高效多晶太阳能电池的转换效率达到22.28%，创造了新的大面积多晶电池的世界纪录。
似乎只在高 科技 领域才会有的百家争鸣，近年来在光伏行业正在不断上演。
就这样，随着 组件的转换效率 变得 越来越高，单位面积发电量 也就 越来越多， 而对于 土地的需求 也变得 相对减弱。
所以，有朝一日，像曾经风靡大江南北的太阳能热水器一样，家家的屋顶都变成了太阳能组件，也并非完全不可能。
作为新兴的可再生能源技术，光伏的产业化之路一直受到各国政府的高度重视。
实际上，在光伏成就无锡尚德的创始人施正荣先生以186亿元成为2006年中国大陆的新首富时，就是靠着欧洲、特别是德国政府对于光伏的大力补贴。
最终，市场证明靠着过度补贴成长起来的巨头，在补贴退去的时候也会推倒它们。时至今日，施正荣先生早已淡出人们的视角，尽管他仍然在这个行业里奋斗着。
在行业的起起落落之中，仍然有一些企业家在坚守，正是他们的坚持让这个行业迎来了新生。
在之前的文章中，我们通过对比火电龙头华能国际与光伏发电企业龙头协鑫新能源的财报数据，对于光伏发电成本做了推演。在数据的背后，光伏发电平价上网的脚步声正变得越来越清晰。
而这一天的到来，将会让很多的光伏发电项目，不再依赖国家补贴。
5月22日，国家发改委、能源局公布2019年第一批风电、光伏发电平价上网项目，其中光伏平价项目合计 14.78 GW 。
在全球市场上，平价上网项目也越来越多。2017年2月，日本丸红与晶科能源联合竞标阿布扎比大型光伏电站，累计装机1.18GW，中标电价为每度电2.42美分，折合人民币不到 0.17元 。
尽管光伏行业的企业一直在坚守，补贴的拖欠确实也对企业经营造成了实实在在的影响。
2018年，我国可再生能源补贴的缺口超过了1400亿元，这不可避免的会影响光伏补贴的及时发放。
光伏电站作为资本密集型的企业形态，由于不能够及时收到国家补贴导致运营资金的巨大压力，这会顺着产业链层层向上游传递。体现在财务数据上，就是光伏产业链上中游企业巨大的应收账款。
黑鹰光伏做过一个统计，截至2019年末，78家主要光伏公司应收账款和应收票据合计达到了1717.67亿元，大约是同期净利润的 8.03倍 。
所以，我们看到全球第二大光伏电站运营商协鑫新能源从去年开始，就在不断出售资产，开始了断臂求生。
2019年5月23日，协鑫新能源向云南能投集团一口气出售了19座国内正在运营的光伏电站，以换取资金减轻债务压力。这19座电站合计977MW，相当于其持有的全部7300MW光伏电站的13.38%。在此之前，协鑫新能源已经连续多次出售了合计760MW的光伏电站。和这次一样，接盘的都是能够以较低成本融资的国资企业。
这从一个侧面反映了， 如果能够以较低的利率融资，光伏电站的资产在当下已经具备相当的吸引力 。
所以，随着平价上网的到来，越来越多的光伏发电项目，可以在不依赖国家补贴的情况下运营。而这些电站的运营利润，将和其融资成本密切相关。
换句话说，后补贴时代， 融资成本的高低，才是决定光伏电站盈利质量的关键变量 。
未完待续。
光伏板中的单晶硅与多晶硅的区别：
1、转化效率不同
目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约15％左右。
2、制造的成本不同
单晶硅的制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。
3、使用寿命的不同
多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短，单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。
扩展资料：
单晶硅在太阳能电池中得到广泛的应用。高纯的单晶硅是重要的半导体材料，在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。
单晶硅太阳能电池的特点：
光电转换效率高，可靠性高；
2.先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性；
3.运用先进的PECVD成膜技术，在电池表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观；
4.应用高品质的金属浆料制作背场和电极，确保良好的导电性。
参考资料来源：
百度百科-光伏板组件
技术类型 晶体硅电池 薄膜电池
单晶硅 多晶硅 非晶硅 碲化镉 铜铟镓硒 砷化镓
电池光电转换效率 16~17% 14~15% 6~7% 8~10% 10~11% 18~22%
光伏组件效率 13~15% 12~14% 6~7% 8~10% 10~11% 18~22%
受光面积m2/KWp 7 8 15 11 10 4
制造能耗 高 较高 低 低 低 高
制造成本 高 较高 低 中 中 很高
资源丰富度 中 中 丰富 较贫乏 较贫乏 贫乏
运行可靠程度 高 中 中 较高 较高 高
污染程度 中 小 小 中 中 高
技术来源 澳大利亚新南威尔士大学 德国弗良朗霍夫研究所 美国USSC公司 美国国家可再生能源实验室 美国国家可再生能源实验室 日本、德国
晶体硅电池，包括单晶硅和多晶硅电池，其在自然界中易于获取，冶炼技术与当代化工、电子工业水平契合得较好，因此成为目前光伏电池市场的主流技术，07年占市场份额的90%。单晶硅电池是目前技术最成熟且广泛的电池，但由于耗能严重，从1998年起，多晶硅（理论光电转换效率18%左右）逐渐发展成为市场的主流。
薄膜电池利用非常薄的感光材料制成，附着或涂层于廉价的玻璃、不锈钢或塑料衬底上，技术造价比晶体硅低，目前其转换效率并无明显优势。但预计其未来会有较快发展，成为市场的一个重要方向。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
多晶硅好。
外观不同：单晶光伏板偏黑色，电池片之间会有空隙，整块板子看起来会有白色的点。而多晶光伏板则偏蓝色。电池之间没有空隙，整体看起来很一致。相比它们的发电量。单晶片的发电量要大。
效率不同：多晶在高气温下的效率衰减要比单晶小的多。所以一般市面上光伏板应用最多的就是多晶硅片了。像很多居民用户考虑到光伏发电板的衰减时间也会选择多晶的光伏板。
太阳能电池板注意事项
目前两种主要的太阳能技术一是光伏技术，其使用电池阵列将太阳光转化为电能；第二是热能技术，其利用阳光加热水或空气以供内部使用。
需要注意如果您的房屋使用大量能量供暖，或者您居住的地方供暖燃料相对于电力昂贵，那么太阳热能投资可能会更好的达到收支平衡 。但是，太阳能热能在家庭中很少见，因此可能很难找到合格的安装人员。
另外，作为用户，除了发电效率，要考虑的是产品的稳定性与安全性及售后服务，这样才能保障收益。
90
240AE Solar
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卢森堡 单晶硅, 多晶硅160-290
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Production 捷克 单晶硅, 多晶硅210-280
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荷兰 单晶硅, 多晶硅180-260
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题记：在30·60的号角下，中国正进入一个全新的且富有绝对想象空间的新能源大时代，这其中既有浮沉十年走向平价的光伏，也有逐步大放异彩的锂电池、储能以及被寄予厚望的氢能，它们将共同推动中国走向碳中和的星辰大海。
同样是新能源，上述几个行业，既有共性与融合，也有其独特的发展路径与特点。本文作者试图从技术路线、发展路径、潜力空间、数据测算等多个维度就新能源涉及的多个行业进行剖析。
2021年宁德时代（CATL）的全球市场份额将进一步攀升，比亚迪刀片电池批量供应，刀片一出安天下。预计前五大：宁德时代（CATL）、LG、松下、比亚迪、三星会占据全球市场份额的85%以上，前十名占据95%的份额。锂电池行业既是资金密集型行业，又是技术密集型行业。
锂电池行业竞争比光伏更加惨烈，光伏设备投资也会面临技术路线和成本之争，但是一般不会清零。而锂电如果没有合适的客户和过硬的产品，极有可能面临设备投资打水漂，这方面已经有案例出现。
本质上光伏产品及组件相对标准化同质化，一线品牌和一般产品差异不大，很难卖出产品溢价；而锂电池涉及到电化学，易学难精，一线产品往往比一般产品溢价5%以上，有些细分产品甚至会更极端；导致有效优质产能严重不够，差的产品即使低价也无人问津。
关于磷酸铁锂和三元：宁德时代董事长曾毓群认为，磷酸铁锂电池的增长速度会非常快，因为它比较便宜。随着充电桩越来越多，电动 汽车 的续航里程就不需要那么长。“没开过电动车的人比较焦虑，真正开过的人就不大焦虑，所以应该来说磷酸铁锂比例会逐渐的增加，三元占比会减少。”
随着磷酸铁锂占有率提高，现阶段再布局锂电池首先得明确产品定位，确保产品有市场机会，市场得精准细分，专注做好一款磷酸铁锂动力电芯兼顾储能可能有大的市场机会。
磷酸铁锂的巨大想象空间不仅体现在对续航要求较低的乘用车上，更大空间在对寿命要求更高的商用车领域，储能领域。
电池是能源的储存介质，大能源领域本质是成本为王，效率优先；光伏、锂电概莫如是。
像早年的光伏领域，2016年前都是成本更低的多晶硅片电池占据主流，一度市占率超过85%。在光伏巨头隆基持续产业投入的影响下，金刚线切割硅片工艺异军突起，彻底打破单晶硅片成本瓶颈，2020年单晶市占率超过85%。在下一代大硅片，薄片化工艺趋势下，N型单晶topcon工艺将引领下一代光伏技术变革，单晶将淘汰掉多晶硅片；N型topcon电池与HJT电池之争，同样基于成本考虑，topcon将成为下一代光伏电池主流；
主要考虑以下三方面因素：1、即使量产情况下，设备投资HJT是topcon的2倍左右，而且老产线没有办法改造，所有产线得重置，这是所有巨头们最头疼的；2、HJT及topcon效率相当，在叠加钙钛矿方面机会均等（钙钛矿市场机会尚未出现），需处决于钙钛矿的成本和方案；3、耗材成本HJT的银浆远远高于topcon,topcon浆料未来有可能全面使用更低成本浆料，成本差距会更加巨大。
电动车领域的电池情况稍微温和些，三元和铁锂，不存在谁淘汰谁，基于用户多元化选择。
三元能量密度更高，体积更小，低温性能更好，将在部分高端车型始终占据一席之地。而磷酸铁锂以低成本长寿命等特性快速抢占其他其他市场，尤其以电动重卡，工程机械，储能领域最为瞩目。
2021年将是大力出奇迹的一年，电动车及动力电池领域将迎来未来十年增长最快的一年，也是行业巨擘疯狂布局奠定江湖地位的一年；之前的各种预测都有可能出现极大偏差。半年前笔者曾做过一个预测，回头看行业已经发生重大变化，新能源替代的脚步，正以大家难以估量的速度在加速替代；我们通常会高估1-2年的变化，而低估未来10年的变化，确实替代的速度将更加猛烈。
2021年动力电池出货量，全球大概率超过350gwh，比2020年增长150%，全球电动车2021年出货量达到600万辆以上，中国市场有机会成倍增长到250万台，发展势不可挡。笔者之前调研到部分厂家出货量甚至增长3-500%，磷酸铁锂用量接近60%，这种惊人的发展速度可能持续一段时间。锂电前5名，甚至前10名都在疯狂布局产能。
2025年，全球电动车占有率超过35%，达到3000万辆，按平均60度/车计算，电池用量达到1800gwh，C公司产能可能达到1000gwh，巨头正式步入TWH时代。储能及商用车领域用量估计超过500gwh，三元与磷酸铁锂的比例可能接近35：65，磷酸铁锂将占据市场绝对主流。
展望2030年，全球电动车出货量会整体超过90% ，达到9000万辆，动力电池用量超过6000gwh，0.6元/kwh，则动力电池市场为3.6万亿人民币，燃油车无限接近禁售，算上储能市场锂电池的出货量极有可能接近1万亿美元。
2030年，以光伏+储能为代表的新能源将颠覆整个传统能源生产的格局！
全面颠覆传统能源需要解决的问题？实现低成本光伏+低成本储能，综合成本低于火电。光伏的系统成本已经降到3元/W，部分分布式电站已经降到2.35元/W的成本，遥想2007年系统成本达到60元/W，13年时间，成本降到5%；很快磷酸铁锂储能系统降到1元/wh以下，充放次数可以达到10000次。
2025年光伏系统成本到2元/W，摊到25年折旧加财务成本，1500小时/年发电小时数，度电成本0.1元每度电以内；储能系统成本低于1元/WH，充放次数10000次，按15年折旧，度电存储成本低于0.1元每度，；光伏+储能系统成本0.2元/kw，2030年成本有望降到0.15元每度电以内，成本远低于化石能源。
2020年全球用电量约30万亿度，随着电动化的迅速发展，则2030年全 社会 用电量将达到50万亿度。2030年大概率发生事件，光伏+储能可以占领全球电力市场30%，约15万亿度电。按全球范围发电条件来看，平均1250小时的年发电量可以期待，1GW（100万千瓦）装机量约12.5亿度电。
则15万亿度电，需要总装机量12000GW，地面装机占地面积约12万平方公里。预测光伏地面系统成本2025年2元/W（组件1元/W）；2030年1.8元/W（组件0.8元/W），光伏市场未来需求10年需求，12000*18-=216000亿，21.6万亿人民币。
2040年全球电力需求将达到70万亿度，2040年占领全球电力市场60%，约42万亿度电，需要总装机量33600GW，2030-2040年得新增21600GW光伏装机量，地面装机新增土地面积21万平方公里。
成本方面，2035年1.6元/W（组件0.7元/W），2040年1.5元/W（组件0.6元/W），整体光伏市场21600*15=32.4万亿人民币，进入平稳发展期。
2021-2030将是光伏行业的白金十年。
2030年，15万亿度电约需要60%储能，9万亿度电储能，平均每天充放1.2次计算，工作按300天计算，需要7.5万亿kwh储能，需要250亿kwh储能装机量，约25000GWH。
储能市场按照均价0.8元/kwh计算，市场总量20万亿，跟光伏市场相当并驾齐驱。
2040年，42万亿度电约需要60%储能，25.2万亿度电储能。平均每天充放1.2次计算，工作按300天计算，需要21万亿kwh储能，需要700亿kwh储能装机量，约70000GWH；新增45000gwh。
储能市场按照均价0.65元/kwh计算，市场总量29.25万亿，跟光伏市场体量相当。
未来十年毫无疑问是光伏和储能最为辉煌的十年，诞生的机会不可估量。
隆基股份与朱雀投资布局氢燃料，光伏龙头布局氢燃料，给了大家很多想象空间，光伏+氢能战略浮出水面，利用越来越廉价的光伏发电来制备储存氢气，既解决了光伏发展的天花板，也生产出大量可替代石油的清洁能源。日本最近投产了全球最大的光伏制氢项目，国内领先企业阳光电源，隆基抓紧产业布局。中石油，中石化等传统能源企业同样在加快光伏+储能+制氢的产业布局。
实际上最近中东的光伏招标电价以及达到1.04美分/kwh，真是没有最低只有更低，技术的迅速发展大大超过我们的想象，中东地区的光伏+储能有可能在2025年达到2美分/kwh，那中国鄂尔多斯高原，青海格尔木地区2025年光伏+储能成本将达到2.5美分/kwh，折合0.1625元/kwh，光储联合制氢将大行其道，电解水制氢的直接能源成本将低于10元/KG。
氢能市场将异军突起，氢能来源广泛，燃烧性能好且零排放，有望成为碳中和战略中的核心一环。氢是宇宙中分布最广泛的物质，约占宇宙质量的 75%。氢气燃烧性能良好，且安全无毒。氢气空气混合时可燃范围大，具有良好的燃烧性能，而且燃烧速度快。
同时氢气燃烧时主要生成水和少量氨气，不会产生诸如一氧化碳、碳氢化合物等，与其他燃料相比更清洁。同时氢气导热性能、发热值高。氢气的导热系数高出一般气体导热系数的10倍左右，是良好的传热载体。
氢的发热值 142,351kJ/kg，是汽油发热值的 3 倍，远高于化石燃料、化工燃料和生物燃料的发热值。氢的获取途径多、热值高、燃烧性能好、清洁低碳，更重要的是反应后生成的水，又可在一定条件下分解出氢，实现循环再生可持续发展。
作为燃料广泛应用于交通运输行业，用于氢燃料电池或者直接燃烧；供热：钢铁水泥造纸氨气应用或者建筑行业直接供热；作为冶金及钢铁行业还原剂还有石化行业的原材料。水泥行业燃烧大量的天然气和煤炭，为了碳减排，需要氢气来中和二氧化碳生产甲醇。
现阶段大量氢气来源于煤制氢及天然气制氢，即所谓的灰氢，随着风光发电成本进一步下降以及电解水制氢设备成本的快速下降，未来2-3年，绿氢的制备成本可以到10元每公斤，不用储存加压，纯化直接用于石化行业作为原料，水泥行业，冶金钢铁等行业，需求将暴增。
煤制氢成本约7元每公斤，天然气制氢约10元每公斤，则绿氢的制备成本接近天然气制氢，考虑到未来的碳税和碳交易收益，绿氢将极大的替代现有的煤制氢以及天然气制氢。
2500万吨的氢气存量空间将形成一定替代，新增场景体现在陆地交通运输场景，海上货运、邮轮、飞机、水泥、冶金等领域将全面采用氢气。
氢气用途展望：低成本氢气除氢燃料电池车辆使用，石油化工，炼钢等都将得到更大规模使用。
工业副产氢的热值价值相当于12元/KG，理论上氢气终端销售价格在当下这个是底线价格，按氢燃料电池用于交通行业，16度电/kg氢气的水平，则氢气转化为电能的价格为每度电0.75元，这个是极限假设的价格。
如果绿氢的价格可以低于12元/Kg，需要考虑制氢设备的折旧和效率，需要光伏风电的价格低于0.15元/kwh,则氢气可以掺杂在天然气管道中，掺杂比例在5-10%,对管道的影响会比较少。可以考虑在天然气管道的周边建设大规模的风光互补电站来来联合制氢。
这个场景12元/公斤的氢气如果用在电动车上，通过储能、运输、加注到车端成本则可能接近30元每公斤，成本偏高。而直接用于石化，钢铁则减少了大量中间环节。也可以考虑用在水泥行业碳捕捉，将二氧化碳+氢气，制取甲醇。石化，钢铁，水泥行业如果大规模推广氢气应用，需求量将不低于1亿吨，二氧化碳的减排量更是惊人，极大加快推动碳中和。
按照现阶段城市氢气补贴后的价格一般高于30元/KG，换算成度电成本接近2元/度电，远远高于现在的工业电价：谷电约0.3元/度电，平电约0.6元/度电，峰值约电价1.2元/度。氢燃料电池的使用成本会一直高于锂电，乘用车用氢燃料电池的必要性大打折扣。
那么，氢燃料电池在交通运输的使用应该在广阔的长途运输，商用大卡车，远洋货轮，该场景需要能量密度较高的氢燃料。
以商用车领域为例：然而续航超过300公里的49吨牵引车，配置6组氢瓶+110kw燃料电池系统+130kwh锂电，整个系统约2.5吨，比传统天然气车及柴油车的质量多1吨左右。解决方案是氢瓶减重，用全氢燃料电池系统。氢燃料的大规模使用，最终必须满足成本低于化石能源，才有机会普及。目前来看任重道远，而跟纯电动拼使用成本尚不具备优势，只能拼场景；如果能够得到15元/KG的绿色氢气，长途货运，远洋货轮，炼钢这些场景则可以大规模应用氢气。
光照条件充足的中东地区，可利用光伏+储能+制氢，考虑到光伏和储能成本接近2美分/kwh，在中东地区制氢将变得实际可行。
用高能量密度氢气来储存新能源以替代石油资源，将是沙特及中东地区最大的机会。如果沙特建设庞大的光伏电站约3000GW，占地面积3万平方公里，年发电量可以达到6.3万亿度，考虑到全天候制氢，则60%需要通过锂电储能，其中6万亿度电用来电解水制取氢气，产生1亿吨氢气，10元每公斤的氢气通过海运将占领全球市场，每年收入1万亿人民币，与沙特现阶段的石油规模相当。
电解海水制氢还可得到副产品氘氚，又是人类终极能源核聚变的主要原材料，实现商用航天的关键。
全球大规模光伏发电成本最低为沙特等中东地区，沙特土地面积超过190万平方公里，有大量的土地建设光伏系统。传统石油巨头可全面转型为新能源巨头，以提供高能量密度的氢气为主，2025年沙特光伏成本降到0.8美分/kwh，折合人民币约5.2分/kwh。沙特氢气能源成本低于5元人民币每公斤，全部成本将低于7元/KG，运往全球价格约12元/KG，全球终端销售价格约12-15元人民币每公斤。
低于15元/KG的氢气，在长途货运，远洋航海，炼钢，石化，建材等都将占有一席之地。考虑沙特得天独厚的地理位置，亚非欧板块中心，从红海通过苏伊士运河运往欧美，马六甲海峡运往亚太地区都将具有成本优势。
笔者2018年造访日本，曾与软银孙正义的高参岛聪先生交流，岛聪提及：孙正义曾经构想在沙特建设全球最大的光伏基地，再找中国最好的光伏及锂电技术去沙特联合设厂，打造光伏+锂电的黄金能源组合。生产全世界最便宜的电力通过中国的特高压技术建设涵盖中亚、东北亚的电力网络，经过伊朗，中亚，中国，将清洁的电力输送给日本，因为日本的平均电价超过0.2美金/kwh。不得不佩服孙的雄才伟略，异想天开。
光伏电站易建，不过经过这么多国家建电力网络难度就大了，而光伏储能制氢则就变得更容易实现了，然后通过远洋运输更有可落地性。
很多人会问，中国会成为新能源领域的沙特吗？中国不一定成为新能源领域的沙特，倒可以成为产业输出方；沙特源于独到的地理位置，如果和中国联手有机会在未来的五十年，仍然成为全球的新能源中心。
在于中国目前是全球最大的光伏生产基地，光伏技术领先全球，光伏技术具有标准化，可复制的特点。而且形成了独立的装备能力和材料开发能力，行业内又有普遍后进入者优势，可后发制人。
那么就可以在中东地区发展光伏+锂电储能产业，低成本足以改变全球能源格局，同样中国的锂电技术具有跟光伏类似的特点。沙特可以和中国强强联手共同发展光伏及锂电储能产业，中国通过技术输出在沙特建设全球最大的光伏基地和光伏储能电站，沙特利用强大的资本实力实现从石油到新能源的转型。
沙特的光伏产品可以行销全球，光伏产生的电可以销售到欧洲及非洲、印度等亚洲缺电国家。光伏制氢可以远销亚洲，欧美，沙特有机会成为新的全球能源中心。
阿联酋三个国有实体组成了阿布扎比氢能联盟，将富含化石燃料的酋长国定位于未来绿氢气的主要出口国，海湾国家已经认识到了这种替代燃料的重要性，氢能的开发在下一步是至关重要的。从最大的石油输出国成为最大的氢气出口国，这样的机会将刺激沙特阿拉伯以及阿联酋，沙特王国已经计划在特大未来城市中建造世界上最大的由光伏和风能联合制氢工厂，整个城市将是绿色电力，沙特也想实现氢气出口国的伟大的计划，他们认为沙特将成为氢气的全球领导者，给沙特下一个50年机会。
当然全世界其他的地方，尤其是光照和风电特别发达的地区，例如澳大利亚也在计划发展氢气，宣布要投资1500亿美金用于绿色氢气的制造；中国的西北地区正在大力发展光伏风电联合制氢。沙特有全球最好的光伏资源，全球的光照时间最长，最长时间甚至可以达到一年2800个小时；如果可以全力以赴的发展绿色的氢气，将有机会成为全球最大的绿色氢气的制造基地，同时成本可以做到全球最低。
总之，平价的新能源将在下个十年惠及全球，实现大部分国家的能源独立、自由和平。
作者简介：陈方明，易津资本&博雷顿 科技 创始人，博雷顿 科技 正成为电动工程机械、重卡及相关领域配套储能的领军企业。作为有超过十年风险投资经验的专家，在新能源、新材料领域做了深厚布局。
他着眼于高精尖技术，聚焦新能源领域的硬 科技 ，投资过常州聚和、拉普拉斯、凯世通、南通天盛、杭州瞩日及量孚等一大批新能源企业。其中量孚作为磷酸铁锂正极材料公司，其利用独特工艺，一步法合成磷酸铁锂，有望将磷酸铁锂正极材料成本降低20%。
陈方明是上海市五一劳动奖章获得者，他创立的博雷顿获得了高新技术企业、高新技术成果转化、市重点人工智能示范项目、高端装备首台套、交通部国家级行业研究中心、上海市专精特新项目等一系列名号和荣誉。
单晶硅是用多晶硅经单晶炉拉制而成的，也有用区熔法制取单晶硅的。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。
单晶硅(Monocrystalline silicon)：
可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。
在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。河北宁晋单晶硅工业园区正是响应这种国际趋势，为全世界提供性能优良、规格齐全的单晶硅产品。
单晶硅产品包括φ3”----φ6”单晶硅圆形棒、片及方形棒、片，适合各种半导体、电子类产品的生产需要，其产品质量经过当前世界上最先进的检测仪器进行检验，达到世界先进水平。
用 途： 是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
多晶硅(polycrystalline silicon )：
多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。
多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
用途：电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
单晶矽片：矽的单晶体，是一种具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶矽在单晶炉内拉制而成。
基本介绍中文名 ：单晶矽片 外文名 ：Monocrystalline silicon chip 类型 ：矽的单晶体 功能 ：良好的半导材料 用于 ：制造半导体器件、太阳能电池 化学式 ：Si 基本概念,结构,用途,市场前景,发展趋势,大直径化趋势明显,国际化，集团化,工业发展方向,制造技术升级,相关区别,单晶矽和多晶矽的区别,单晶矽,多晶矽及非晶矽太阳能电池的区别,加工工艺, 基本概念 单晶矽是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，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。 单晶矽可以用于二极体级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品积体电路和半导体分离器件已广泛套用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。 在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用矽单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。北京2008年奥运会将把"绿色奥运"做为重要展示面向全世界展现，单晶矽的利用在其中将是非常重要的一环。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际套用阶段过渡，太阳能矽单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。 结构 熔融的单质矽在凝固时矽原子以金刚石晶格排列成三维空间长程有序的形式成为单晶矽。 单晶矽具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶矽是本征半导体。在超纯单晶矽中掺入微量的ⅢA 族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型矽半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型矽半导体。 单晶矽的制法通常是先制得多晶矽或无定形矽，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶矽。单晶矽主要用于制作半导体元件。 矽 结晶型的矽是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。 用途 单晶矽片主要用于制作半导体元件。 单晶矽片太阳能组件 用途： 是制造半导体矽器件的原料，用于制大功率整流器、大功率电晶体、二极体、开关器件等 现在，我们的生活中处处可见“矽”的身影和作用，晶体矽太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。 熔融的单质矽在凝固时矽原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶矽。 单晶矽片的制法通常是先制得多晶矽或无定形矽，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶矽。 单晶矽棒是生产单晶矽片的原材料，随着国内和国际市场对单晶矽片需求量的快速增加，单晶矽棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶矽棒 单晶矽圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的积体电路越多，晶片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶矽按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶矽棒材，外延法生长单晶矽薄膜。直拉法生长的单晶矽主要用于半导体积体电路、二极体、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品，目前直径可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于积体电路领域。 单晶矽圆片 市场前景 近年来，中国单晶矽产量明显稳步增长，增长的原因是一方面来自国际上对低档和廉价矽材料需求的增加。另一方面是近年来中国装备制造发展迅速，各类信息家电和通信产品需求旺盛，因此半导体器件和矽材料的市场需求量都很大。 2007年，中国市场上有各类矽单晶生长设备1500余台，分布在70余家生产企业。2007年5月24日，国家“863”计画超大规模积体电路（IC）配套材料重大专项总体组在北京组织专家对西安理工大学和北京有色金属研究总院承担的“TDR-150型单晶炉（12英寸MCZ综合系统）”完成了验收。这标志著拥有自主智慧财产权的大尺寸积体电路与太阳能用矽单晶生长设备，在我国首次研制成功。这项产品使中国能够开发具有自主智慧财产权的关键制造技术与单晶炉生产设备，填补了国内空白，初步改变了在晶体生长设备领域研发制造受制于人的局面。 矽材料市场前景广阔，中国矽单晶的产量、销售收入近几年递增较快，以中小尺寸为主的矽片生产已成为国际公认的事实，为世界和中国积体电路、半导体分立器件和光伏太阳能电池产业的发展做出了较大的贡献。 发展趋势 矽片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。日本、美国和德国是主要的矽材料生产国。国矽材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸矽锭和小直径矽片。国消耗的大部分积体电路及其矽片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶矽，标志着我国单晶矽生产进入了新的发展时期。目前，全世界单晶矽的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨～7000吨。未来几年，世界单晶矽材料发展将呈现以下发展趋势： 大直径化趋势明显 随着半导体材料技术的发展，对矽片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径矽片在市场的需求比例将日益加大。目前，矽片主流产品是200mm，逐渐向300mm过渡，研制水平达到400mm～450mm。据统计，200mm矽片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余占20%左右。Gartner发布的对矽片需求的5年预测表明，全球300mm矽片将从2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韩等国家都已经在1999年开始逐步扩大300mm矽片产量。据不完全统计，全球目前已建、在建和计画建的300mm矽器件生产线约有40余条，主要分布在美国和我国台湾等，仅我国台湾就有20多条生产线，其次是日、韩、新及欧洲。%P 世界半导体设备及材料协会（SEMI）的调查显示，2004年和2005年，在所有的矽片生产设备，投资在300mm生产线上的比例将分别为55%和62%，投资额也分别达到130.3亿美元和184.1亿美元，发展十分迅猛。而在1996年时，这一比重还仅仅是零。 国际化，集团化 研发及建厂成本的日渐增高，加上现有行销与品牌的优势，使得矽材料产业形成“大者恒大”的局面，少数集约化的大型集团公司垄断材料市场。上世纪90年代末，日本、德国和韩国（主要是日、德两国）资本控制的8大矽片公司的销量占世界矽片销量的90%以上。根据SEMI提供的2002年世界矽材料生产商的市场份额显示，Shisu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市场总额的比重达到89%，垄断地位已经形成。 工业发展方向 随着光电子和通信产业的发展，矽基材料成为矽材料工业发展的重要方向。矽基材料是在常规矽材料上制作的，是常规矽材料的发展和延续，其器件工艺与矽工艺相容。主要的矽基材料包括SOI（绝缘体上矽）、GeSi和应力矽。目前SOI技术已开始在世界上被广泛使用，SOI材料约占整个半导体材料市场的30%左右，预计到2010年将占到50%左右的市场。Soitec公司（世界最大的SOI生产商）的2000年～2010年SOI市场预测以及2005年各尺寸SOI矽片比重预测了产业的发展前景。 制造技术升级 半导体,晶片,积体电路,设计,版图,晶片,制造,工艺目前世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺，使制片技术取得明显进展。在日本，Φ200mm矽片已有50%采用线切割机进行切片，不但能提高矽片质量，而且可使切割损失减少10%。日本大型半导体厂家已经向300mm矽片转型，并向0.13μm以下的微细化发展。另外，最新尖端技术的导入，SOI等高功能晶片的试制开发也进入批量生产阶段。对此，矽片生产厂家也增加了对300mm矽片的设备投资，针对设计规则的进一步微细化，还开发了高平坦度矽片和无缺陷矽片等，并对设备进行了改进。 矽是地壳赋存最高的固态元素，其含量为地壳的四分之一，但在自然界不存在单体矽，多呈氧化物或矽酸盐状态。矽的原子价主要为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。 矽材料资源丰富，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，仍将成为半导体的主体材料。 相关区别 单晶矽和多晶矽的区别 单晶矽和多晶矽的区别是，当熔融的单质矽凝固时,矽原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶矽。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶矽。多晶矽与单晶矽的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶矽均不如单晶矽。多晶矽可作为拉制单晶矽的原料。单晶矽可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求矽的纯度六个9以上。大规模积体电路的要求更高，矽的纯度必须达到九个9。人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶矽。单晶矽是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。 高纯度矽在石英中提取，以单晶矽为例，提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级矽一提纯和精炼一沉积多晶矽锭一单晶矽一矽片切割。 冶金级矽的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的矽的纯度约98-99%，但半导体工业用矽还必须进行高度提纯(电子级多晶矽纯度要求11个9，太阳能电池级只要求6个9)。而在提纯过程中，有一项“三氯氢矽还原法(西门子法)”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶矽都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。我国每年都从石英石中提取大量的工业矽，以1美元/公斤的价格出口到德国、美国和日本等国，而这些国家把工业矽加工成高纯度的晶体矽材料，以46-80美元/公斤的价格卖给我国的太阳能企业。 得到高纯度的多晶矽后，还要在单晶炉中熔炼成单晶矽，以后切片后供积体电路制造等用。 单晶矽,多晶矽及非晶矽太阳能电池的区别 单晶矽太阳电池： 单晶矽太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳电池以高纯的单晶矽棒为原料，纯度要求99.999%。为了降低生产成本，现在地面套用的太阳电池等采用太阳能级的单晶矽棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶矽材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶矽棒。将单晶矽棒切成片，一般片厚约0.3毫米。矽片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料矽片。加工太阳电池片，首先要在矽片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在矽片上形成P/FONT>N结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在矽片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂复减反射源，以防大量的光子被光滑的矽片表面反射掉，至此，单晶矽太阳电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵，亦称太阳电池阵列。目前单晶矽太阳电池的光电转换效率为15%左右，实验室成果也有20%以上的。用于宇宙空间站的还有高达50%以上的太阳能电池板 。 多晶矽太阳电池： 单晶矽太阳电池的生产需要消耗大量的高纯矽材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳电池生产总成本中己超二分之一，加之拉制的单晶矽棒呈圆柱状，切片制作太阳电池也是圆片，组成太阳能组件平面利用率低。因此，80年代以来，欧美一些国家投入了多晶矽太阳电池的研制。目前太阳电池使用的多晶矽材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶矽料和冶金级矽材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100～300欧姆·厘米的多晶块料或单晶矽头尾料，经破碎，用1：5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀，然后用去离子水冲洗呈中性，并烘干。用石英坩埚装好多晶矽料，加人适量硼矽，放人浇铸炉，在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶矽锭。这种矽锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材质利用率和方便组装。多晶矽太阳电池的制作工艺与单晶矽太阳电池差不多，其光电转换效率约12%左右，稍低于单晶矽太阳电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。随着技术得提高，目前多晶矽的转换效率也可以达到14%左右 。 非晶矽太阳电池： 非晶矽太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶矽和多晶矽太阳电池的制作方法完全不同，矽材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。制造非晶矽太阳电池的方法有多种，最常见的是辉光放电法，还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解矽烷法等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空，充入氢气或氩气稀释的矽烷，用射频电源加热，使矽烷电离，形成电浆。非晶矽膜就沉积在被加热的衬底上。若矽烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼，即可得到N型或P型的非晶矽膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制备非晶矽薄膜的工艺，主要取决于严格控制气压、流速和射频功率，对衬底的温度也很重要。非晶矽太阳电池的结构有各种不同，其中有一种较好的结构叫PiN电池，它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶矽，再沉积一层未掺杂的i层，然后再沉积一层掺硼的P型非晶矽，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成连续程式，以实现大批量生产。同时，非晶矽太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用积体电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。因为普通晶体矽太阳电池单个只有0.5伏左右的电压，现在日本生产的非晶矽串联太阳电池可达2.4伏。目前非晶矽太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源，而多半用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后，非晶矽太阳电池将促进太阳能利用的大发展，因为它成本低，重量轻，套用更为方便，它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。 在猛烈阳光下，单晶体式太阳能电池板较非晶体式能够转化多一倍以上的太阳能为电能，但可惜单晶体式的价格比非晶体式的昂贵两三倍以上，而且在阴天的情况下非晶体式反而与晶体式能够收集到差不多一样多的太阳能。 加工工艺 加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长 （1）加料：将多晶矽原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。杂质种类有硼，磷，锑，砷。 （2）熔化：加完多晶矽原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶矽原料熔化。 （3）缩颈生长：当矽熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入矽熔体中。由于籽晶与矽熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4－6mm）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。 （4）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。 （5）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶矽片取自于等径部分。 （6）尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。
全球能源紧缺与气候恶化危机推动了世界清洁新能源的蓬勃发展。其中太阳能光伏发电及其支撑产业更因其突出优势而迅猛发展。光伏技术人才匮乏问题进而凸现。南昌大学太阳能光伏学院在此大势下于2008年10月成立。这是中国第一所在大学设立的光伏学院，得到了江西省委省政府的高度重视和支持。学院与江西及全国多家世界级光伏企业建立了密切的产学研合作联系，承担了江西省光伏技术创新团队建设重大项目，承担了江西省高校光伏材料技术工程研究中心建设，与光伏企业合作成立了“南昌大学-LDK太阳能研究中心”、“晶科能源材料研究所”。学院与著名的澳大利亚新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院建立了全面合作联系，设立了“2＋2”联合培养计划和奖学金；是欧洲新型单晶薄膜电池技术联合攻关项目成员单位。学院初期建设依托南昌大学材料学院，该院是南昌大学“九五”、“十五”和“十一五”211建设重点项目承担单位，“九五”和“十五”建设都以全优成绩通过教育部验收，具有国家批准的“材料科学与工程”学科博士学位授予资格和博士后流动站，是“材料物理与化学”国家重点学科所在单位，承担了教育部创新团队计划重大项目，拥有教学实验面积约16000平方米，实验仪器设备总值约1800万元。光伏学院于2009年追加投入了300万建设太阳能光伏材料专业实验室。光伏学院现设“材料物理”专业，侧重光伏材料与光伏电池技术，培养具备扎实材料物理基础和太阳能光伏材料与器件技术知识专长的材料科技人才。
材料物理（光伏材料）专业
专业主要为顺应我国太阳能发电及光伏产业的新兴发展和相关材料技术人才需求而开设。根据其所需理论基础和教育部有关规范命名为“材料物理”。该专业培养目标为：具备光伏材料与太阳电池所需的材料物理基础和相关测试技术基础、掌握各种电子功能材料特别是光伏材料性能、结构与制备处理技术理论和运用能力、了解相关器件设计与制造工艺技术的工程技术或研发人才。材料物理专业主要课程包括固体物理、半导体物理、材料热力学、材料科学基础、材料分析测试技术、薄膜物理与技术、太阳能发电技术、光伏物理、光伏材料与太阳电池、硅材料技术等。在一般工程理论基础和专业基础上，本专业设立由2～4门课组成的专业选修模块。具体选择根据社会需求预测在第四学年设立，可供学生根据自身兴趣选择。
