太阳能光伏发电的发展历史是什么

早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。

太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦时，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势，20世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。

20世纪90年代后，光伏发电快速发展，到2006年，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划，到2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。

世界光伏组件在1990年——2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期，发展更加迅速，1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%～13%提高到13%～15%，生产规模从1～5兆瓦/年发展到5～25兆瓦/年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。 2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。

其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。

在今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。

2015年上半年，全国累计光伏发电量190亿千瓦时。

2015年9月7日，江苏省首个供电所光伏发电项目在南京市浦口区正式并网运行，农村居民也用上了“绿色电”。接下来光伏发电项目将在农村变电所推广。

2015年11月，安徽省来安县全面启动乡村光伏发电项目，11个美好乡村“空壳村”装机容量为60KW以上的光伏电站进入招标程序。据初步估算，并网发电后各村每年能提供72000KWh清洁电能，村级集体经济能增收5万元以上。

2015年1-6月，全国新增光伏发电装机容量773万千瓦，截至2015年6月底，全国光伏发电装机容量达到3578万千瓦。

自2013年起，光伏发电连续3年新增装机容量超过1000万千瓦；截至2015年底，光伏发电累计装机容量达到约4300万千瓦，超过德国成为全球第一。此外，光伏产业正发力“走出去”。国家能源局数据显示，2015年光伏电池及组件出口量达到2500万千瓦以上，出口额达到144亿美元。

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在1839年，光伏就被发现了，当时19岁的法国贝克勒尔做物理实验时，发现在导电液中的两种金属电极用光照射时，电流会加强，从而发年了“光生伏打效应”。到了1930年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”，使太阳能变成电能。

到了1954年5月，没过贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池，这是世界上第一个有实用价值的太阳能电池。

光伏发展到今天，已经逐渐成为生活生产中的主力能源，包括独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及分布式光伏发电系统。

先说世界太阳能光伏发展历程吧：

1839年 法国科学家贝克莱尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。

1876年 亚当斯在金属和硒片上发现固态光伏效应。

1883年 制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。

1930年 肖特基提出“光伏效应”理论。

1930年 朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。

1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。

1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。

1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。

1950年 前苏联设计完成一个塔式太阳能发电站，用装在轨道上可移动的定日镜跟踪

太阳，设计功率为2.5×106千瓦。

1952年 法国国家科学研究中心在比利牛斯山东部建造了一座50千瓦的太阳炉。

1954年 恰宾和皮尔松在美贝尔实验室，首次制成实用的单晶太阳电池，效率为6%。

1954年 韦克尔首次发现了砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成

了第一块薄膜太阳电池。

1955年 吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。

1955年 第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。

1957年 硅太阳电池效率达8%。

1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。

1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。

1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。

1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。

65~68意大利先后建立了三套塔式太阳能试验装置。

1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。

1972年 罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%。

1972年 美国宇航公司背场电池问世。

1973年 砷化镓太阳电池效率达15%。

1973年 美国制定了政府的阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，成立太阳能

开发银行，促进太阳能产品的商业化。

1974年 日本政府制定了阳光计划。世界上出现的开发利用太阳能热潮。

1974年 COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达18%。

1975年 非晶硅太阳电池问世，带硅电池效率达6%。

1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。

1976年 美国航空航天局 (NASA) 刘易斯研究中心开始在全球安装了 83 套光伏电力

系统，为疫苗冷藏、室内照明、诊所照明、通讯、水泵、粮食加工和教室电

视提供电力。

1977年 全球光伏电力产量超过 500 千瓦。

1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站。

1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化

镉电池达9.15%。

1982年 德国大众汽车开始测试安装在 Dasher 旅行车车顶的光伏阵列，该阵列可产

生 160 瓦电力用于汽车点火。

1983年 美国建成1MWp光伏电站；冶金硅电池效率达11.8%。

1983年 全球光伏电力产量超过 21.3 兆瓦。

1985年 新南威尔士大学突破了硅太阳能电池在单一太阳条件下转换率（无法达到）

20% 的障碍。

1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。

1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3～5kWp光伏电池。

1992年 第一套使用先进延展膜聚光器的 7.5 千瓦原型碟形系统投入使用。

1992年 联合国在巴西召开了世界环境与发展大会，会议通过了《里约热内卢环境与

发展宣言》，《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要

文件。这次会议以后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能

与环境保护结合在一起。

1994年 第一套使用自由活塞斯特灵引擎（free-piston Stirling engine）的碟形太

阳能发电系统与已有电网并网。

1995年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。

1996年 世界上最先进的、使用了 3000 片超高效太阳能电池的太阳能电力飞机——

ICare 号飞越德国。

1996年 联合国在津巴布韦召开世界太阳能高峰会议，发表了《哈拉雷太阳能与持续

发展宣言》，会议上讨论了《世界太阳能10年行动计划》（1996-2005），

《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件，这次会议进一步

表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广

泛利用太阳能。

1997年 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每

户安装3～5kWp光伏电池。有太阳时光伏屋顶向电网供电，电表反转；无太阳

时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。

1997年 日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。

1997年 欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。

1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。

1998年 荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。

1999年 全球光伏电力产量超过 200 兆瓦。

2000年 宇航员在国际空间站上安装太阳能电池组件，构成了太空中最大的太阳能电

力阵列。

2002年 日本在全国安装了 2.5 万套屋顶太阳能发电系统。

2003年 全球每年在太阳能和风电领域的投资超过 200 亿美元。

2006年 世界光伏电力产量超过 2500 兆瓦。 再说世界风电的发展和概况

自20世纪70年代初第一次世界石油危机以来，能源日趋紧张，各国相继制定法律，以促进利用可再生能源来代替高污染的能源。从世界各国可再生能源的利用与发展趋势看，风能、太阳能和生物质能发展速度最快，产业前景也最好。

风力发电在可再生能源发电技术中成本最接近于常规能源，因而成为产业化发展最快的清洁能源技术。

进入21世纪，全球可再生能源不断发展，其中风能始终保持最快的增长态势，并成为继石油燃料、化工燃料之后的核心能源，目前世界风能发电厂以每年32％的增长速度在发展，截止2006年底，全球风力发电机容量达7422.1万千瓦。由此可见，风电正在以超出预期的发展速度不断增长。

如今在全球的风能发展中，欧洲风能发电的发展速度很快。欧洲风能利用协会将在欧洲的近海岸地区进行风能的开发利用，希望在2020年风能发电能够满足欧洲居民的全部用电需求。

在欧洲，德国的风电发展处于领先地位，其中风电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业。

光是在2002年就安装了3,200MW（相当于3座核电厂）。截至2005年年底，风力发电占德国用电需求的6.5％。在近期德国制定的风电发展长远规划中指出，到2025年风电要实现占电力总用量的25%，到2050年实现占总用量的50%的目标。

另外丹麦的风能发电已经可以满足18%的用电需求，风力发电产能占全国用电量的21％；法国也在制定风能发电的长远发展规划。

同时亚洲的风电也保持较快的发展势头。其中印度政府积极推动风能的发展，鼓励大型企业进行投资发展风电，并实施优惠政策激励风能制造基地，目前印度已经成为世界第5大风电生产国。

太阳能光伏发电是目前发展最为迅速、并且前景最为看好的可再生能源产业之一。自1990年以来，全球光伏组件年度产量从46兆瓦增加至2010年的23.5GW，20年期间增加了500倍以上，年均复合增长率[1]超过36.5%。截至2010年全球光伏发电累积装机容量达到了40GW，近5年的增长率超过了49%。这一增速使得光伏产业成为到目前为止增长最快的产业之一。展望未来，国际能源署预计到2020年光伏发电在许多地区能够实现电网平价，到2050年能够提供全球发电量的11%。

一、发展现状

2011年9月5日，欧盟联合研究中心能源与交通研究所发布了其年度统计分析报告《光伏现状报告2011》，对全球超过300家相关企业的调查结果进行总结和评估。根据报告，从光伏组件生产情况来看，过去数年经历了重大变化，中国大陆已成为全球主要的太阳能电池和组件制造中心，其后是中国台湾、德国和日本。全球前20位太阳能电池制造商中，有8家中国大陆企业、5家欧美企业、4家台湾企业、3家日本企业，中国大陆有6家企业进入前十位。而从光伏装机情况来看，欧盟凭借其累计装机容量超过29 GW，领先于其他国家和地区。截至2010年底，欧洲光伏装机占到全球光伏装机总量的70%以上。

在价格方面，受光伏市场从供应受限向需求驱动转变，以及光伏组件产能过剩的影响，过去3年内光伏组件价格大幅降低，降幅接近50%。未来光伏系统成本的降低将不仅取决于太阳能电池和组件的技术改进和规模扩大效益，还取决于系统组件成本以及整体安装、规划、运行、许可与融资成本的降低。预计，光伏技术领域的投资将从2010年的350～400亿欧元翻倍增长至2015年的700亿欧元，组件终端价格还将持续下降。

在技术发展方面，结晶硅太阳能电池仍是主流技术，2010年其市场份额约占85%，目前，该技术主要优势是能够在相对较短的时间内提供、组装和开工生产。但由于硅原料的阶段性短缺和为新进企业直接提供交钥匙生产线的出现，使得2005～2009年，薄膜太阳能电池的投资有大幅度的增加，目前该行业已有超过200家企业。此外，聚光光伏（CPV）是一个新兴市场，包括两种技术途径：一种是高聚光倍数，超过300个日照强度；另一种是中低聚光倍数，聚光系数在2～300之间。目前CPV的市场份额还很低，但有越来越多的企业开始关注该领域。2008年CPV产量约为10兆瓦，2010年预计在10～20兆瓦之间，到2011年有望达到100～200兆瓦。此外，受到光伏市场整体增长驱动，染料敏化太阳能电池也已准备进入市场，此种电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成，欧、美、日等发达国家已投入大量资金对其进行研发。

二、竞争力

2011年9月6日，欧洲光伏产业协会（EPIA）发布了最新光伏竞争力分析报告《太阳能光伏在能源部门的竞争在竞争的道路上》，全面分析了5个太阳能光伏产业主要市场，包括法国、德国、意大利、西班牙和英国。分析结果表明，一些国家最早于2013年可实现光伏产业竞争力，到2020年可在更广泛的市场实现竞争力。近年来已证明在合适的监管框架下，太阳能光伏发电技术可以成为达到欧盟2020年能源目标的一个主要贡献力量。

报告主要结论包括：在未来10年内，所有国家和各细分市场的光伏发电系统价格将下降36%～51%；考虑到光伏发电效率的提高、规模经济和光伏市场的发展成熟，以及所有电力来源发电成本的增长趋势，2020年前光伏可在欧盟5个最大的电力市场中具有竞争力；鉴于多数欧盟大国从南到北的太阳能辐射水平不同，以及不同的细分市场，欧洲各地不会在同一时间实现光伏技术的竞争力；整个欧洲范围光伏竞争力的实现将需要监管框架的政治承诺，支持技术发展，并消除市场畸变。

三、制约因素

如同其他任何新兴产业一样，光伏产业也存在着若干不容忽视的问题，将会制约其进一步发展。国际社会对光伏产业发展的制约因素也有着不同声音：

6月12日，针对5月31日发布的《关于2018年光伏发电有关事项的通知》，国家能源局接受记者采访。

国家能源局有关负责人表示，在国家政策支持和各方共同努力下，光伏发展取得了举世瞩目的成就，已成长为我国为数不多的、同步参与国际竞争、产业化占有竞争优势的产业，在推动能源转型中发挥了重要作用。

一是装机规模持续扩大，已成为全球最大的应用市场。我国光伏发电新增装机连续5年全球第一，累计装机规模连续3年位居全球第一。截至2017年底，全国光伏发电累计并网装机容量达到1.3亿千瓦。截至2018年4月底，装机已超过1.4亿千瓦。

二是光伏技术不断创新突破，已形成具有国际竞争力的完整的光伏产业链。近年来，我国光伏产业已经由“两头在外”的典型世界加工基地，逐步转变成为全产业链全球光伏发展创新制造基地。2017年全球前10强光伏组件企业中我国占据了8个，国际竞争力明显提升。

三是法规政策不断完善，逐步营造适应光伏发展的市场环境。2013年7月以来，我国相继出台了一系列促进光伏产业健康发展的政策措施，地方政府也相继出台了支持光伏发电发展的相关政策措施。

行业主要上市公司：隆基股份(601012)晶澳科技(002459)晶科能源(688223)通威股份(600438)天合光能(688599)等

本文核心数据：光伏发电板块上市公司研发费用光伏发电相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar

photovoltaic”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

光伏发电行业技术概况

1、技术原理及类型

(1)光伏发电行业技术原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其发电原理如下。

(2)光伏发电种类

光伏发电一般分为两类：集中式发电和分布式发电，集中式发电主要为大型地面光伏系统分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。

2、技术全景图：主要为光伏电池技术路线

光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成，其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。

晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术，按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。

薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。

叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。

光伏发电行业技术发展历程：电池技术路线演变拉动

光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的，从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池，如今光伏电池技术已发展至第三代，第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等，具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。

光伏发电行业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近年来，我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策，通过政策指导，行业加快光伏发电技术的推广和革新，促进光伏发电产业的快速发展。

光伏发电行业技术发展现状

1、光伏发电行业技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。

注：2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。

(2)A股上市企业研发费用

光伏发电行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看，2017-2021年，我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。

2、光伏发电技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从光伏发电相关论文发表数量来看，2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词，其中，光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多，说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。

(3)专利聚焦领域

从光伏发电专利聚焦的领域看，目前光伏发电专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。

主要光伏电池技术对比分析

从技术水平来看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣，直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。

注：平均转换效率均只记正面效率。

光伏发电行业技术发展痛点及突破

1、光伏发电行业技术发展痛点

(1)硅基光伏电池：P型电池转换效率低

由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，因此光伏电池的光电转换效率十分重要，光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段，晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题，尤其是P型电池。

据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)，PERC电池的理论极限效率为24.5%，PERC产线的量产效率已经达到23%，逐步逼近理论极限效率。

(2)薄膜电池量产转换效率低

薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点，但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题，性价比较低。

2、光伏发电行业技术发展突破

(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率

相较于P型电池，N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小，转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限，N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA)，2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。

(2)钙钛矿电池可实现高转换效率

钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池，钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料，因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率，钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。

光伏发电行业技术发展方向及趋势：降本增效

2022年8月，工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，提出通过5-8年时间，在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术，包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。

可见，未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展，一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率，因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向另一方面，光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低，是降低光伏电站建设成本，并最终降低光伏发电成本的关键因素。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

行业主要上市公司：隆基股份(601012)晶澳科技(002459)晶科能源(688223)通威股份(600438)天合光能(688599)等

本文核心数据：光伏发电板块上市公司研发费用光伏发电相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“solar pv”、“solar

photovoltaic”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

光伏发电行业技术概况

1、技术原理及类型

(1)光伏发电行业技术原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其发电原理如下。

(2)光伏发电种类

光伏发电一般分为两类：集中式发电和分布式发电，集中式发电主要为大型地面光伏系统分布式发电主要应用于商业/工业、建筑屋顶。

2、技术全景图：主要为光伏电池技术路线

光伏发电行业的产业链中游为电池片、电池组件和系统集成，其中各类光伏电池技术为重点技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶硅电池、薄膜电池以及叠层和新结构电池(第三代电池)。

晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术，按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为P型电池和N型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池，而TOPCon、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。

薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等的化合物薄膜电池为代表。

叠层、新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。

光伏发电行业技术发展历程：电池技术路线演变拉动

光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的，从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池，如今光伏电池技术已发展至第三代，第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等，具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。

光伏发电行业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近年来，我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策，通过政策指导，行业加快光伏发电技术的推广和革新，促进光伏发电产业的快速发展。

光伏发电行业技术发展现状

1、光伏发电行业技术科研投入现状

(1)国家重点研发计划项目

据已公开的国家重点研发计划项目，2018-2021年我国光伏发电技术相关国家重点研发计划项目共计15项。

注：2019年未公布光伏发电技术相关国家重点研发计划项目。

(2)A股上市企业研发费用

光伏发电行业经过多年发展，产品相对成熟，但行业整体研发投入水平较高。从A股市场来看，2017-2021年，我国光伏板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，光伏板块上市公司研发总费用约281.13亿元。

2、光伏发电技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从光伏发电相关论文发表数量来看，2010年至今我国光伏发电相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见光伏发电科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有18289篇光伏发电相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解光伏发电行业内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中近约5000条专利中最常见的关键词，其中，光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词涉及的专利数量较多，说明光伏发电行业研发和创新重点集中于光伏组件和光伏板等领域。

(3)专利聚焦领域

从光伏发电专利聚焦的领域看，目前光伏发电专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。

主要光伏电池技术对比分析

从技术水平来看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉和铜铟硒多元化合物(铜铟镓硒是其典型代表)是可选光伏材料中综合性能的最佳集合。而它们各方面性能的优劣，直接导致了目前光伏电池技术百花齐放的现状。

注：平均转换效率均只记正面效率。

光伏发电行业技术发展痛点及突破

1、光伏发电行业技术发展痛点

(1)硅基光伏电池：P型电池转换效率低

由于电池片的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，因此光伏电池的光电转换效率十分重要，光电转换效率的提升主要依靠技术更新换代。现阶段，晶硅光伏电池面临着转换效率较低的问题，尤其是P型电池。

据德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)，PERC电池的理论极限效率为24.5%，PERC产线的量产效率已经达到23%，逐步逼近理论极限效率。

(2)薄膜电池量产转换效率低

薄膜光伏电池具有衰减低、重量轻、材料消耗少、制备能耗低、适合与建筑结合(BIPV)等特点，但薄膜电池面临着量产转换效率低的问题，性价比较低。

2、光伏发电行业技术发展突破

(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率

相较于P型电池，N型电池技术少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好且温度系数小，转换效率更高。面临P型电池逐步逼近理论效率极限，N型电池技术能够突破P型电池的理论效率极限并达到更高转换效率。据中国光伏行业协会(CPIA)，2022-2023年N型电池技术的平均转换效率就可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。

(2)钙钛矿电池可实现高转换效率

钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池，钙钛矿材料的吸光能力强于晶硅材料，因此钙钛矿电池能够实现高转换效率。除了拥有高转换效率，钙钛矿电池还具备价格低、投资小、制备简单等优势。

光伏发电行业技术发展方向及趋势：降本增效

2022年8月，工信部五部门联合印发的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，提出通过5-8年时间，在太阳能装备方面重点发展高效低成本光伏电池技术，包括推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用等。

可见，未来光伏发电技术将向着降本增效方向发展，一方面由于现有光伏电池逐渐逼近最高理论转换效率，因此更高转换效率的电池将成为光伏电池技术发展方向另一方面，光伏组件转换效率的提升以及制造成本的降低，是降低光伏电站建设成本，并最终降低光伏发电成本的关键因素。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》