效率高达32.57％！美国科学家研制出一种III-V太阳能电池

不怕我讲很多吧~~

世界太阳能开发利用现状及我国太阳能产业发展的思考

高 峰

�(中国科学院资源环境科学信息中心 兰州 730000)

摘要：太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用 的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源 带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。当前， 太阳能开发利用技术及其推广应用突飞猛进，1997年，全球太阳能电池的销售量增加了40% ，成为全球发展最快的能源。太阳能热水器已形成行业，正以其优良的性能价格比不断地 冲击燃气、电热水器市场；太阳能热电站也已商业化，是大型太阳能电站的希望所在；光电 技术发展更快，表现在光电转换效率的不断提高和光电池制造成本的不断下降以及各种新型 太阳能电池的问世。各国对太阳能的开发利用给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的 光伏计划，如德国的“千顶计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划” 等。以色列在其房屋太阳能热水器安装率达80%的情况下，更是明文规定，凡新建房屋必须 配置太阳能热水器。我国太阳能开发利用有其成功之处，但也存在诸多问题和不足。在综合 分析我国太阳能开发利用现状的基础上，对进一步发展我国太阳能产业进行了如下思考：① 重视太阳能 开发利用，迎接太阳能经济时代；②加大投资力度，实施强化的光电发展战略；③加大政策 优惠程度，扶植太阳能热水器行业；④发挥资源优势，转化产业优势。

在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保 严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在 常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温 室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源 的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步 ，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得 到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。�

1 太阳能与化石能源的简要比较

1．1 化石能源带来的问题

(1)能源短缺

由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满 足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能 延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年〔1〕。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染

当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。 这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。

(3)温室效应

化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国 际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。

1．2 阳能资源及其开发利用特点

(1)储量的“无限性”

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。�

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。�

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费，有关研究结果表明〔3〕，太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3 21世纪后期太阳能将占主导地位

世界各国，尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性，各国专家都看好太阳能等可再生能源，尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消 费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话，那么21世纪则是可再生能源的世纪， 太阳能的世纪。据权威专家估计〔4〕，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的3/5，燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中， 太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果(如图1所示) 表明，太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段，并在2050年左右达到30%的比例，次于核能居第二位，21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期 研究得出结论，下一世纪的主要能源是太阳能；日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计，到2030年，世界电力生产的一半将依靠太阳能〔2〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出：正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出，1997年全球太阳电池的销售量增长了40%，已成为全球发展最快的能源①①。

2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势�

人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危 机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异 军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归 结为太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�

图2太阳能利用系统

2.1太阳能热利用及其产业发展�

根据可持续发展战略，太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出，太阳能热利用具有广阔的应用领域，可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能)，包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�

2.1.1 太阳能热水器�

在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早，但80年代的石油降价，加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向，使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道，1992年国外太阳能热水器总量为45万m2，其中日本为20万m2，美国 为12万m2，欧洲为8万m2，其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后，许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力，仅据美国加州首府萨克 门托市的计划，到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器；到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前，我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ，为世界其他各国销售量之和；1995年销售量翻番，达100万m2。据初步统计，1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2，目前，我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家，年产值20亿元，从业人数1.5万人能源工程，1999 ，(1)：59。但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达80%，日本为11%，台 湾达2.7%.〔6〕.，我国在千分之几左右，其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上，太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展，目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层， 以减少热量损失；聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.

随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.，从中可以看出，太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��

表1三种热水器经济指标对比

项目品种寿命(年)

使用天数 (天)

购置费用�(元)

运行费用�(元)

总投资�(元)

备 注

太阳能热水器

10～15

300*2300

250

2550

均以日

产水量电热水器

5～8

300

1000

4500

550080kg

水温40燃气热水器

6

300

5003

700420

0～60℃计算

*有关专家认为该数字应为250天左右。��

2.1.2 太阳能热发电技术�

80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站，总功 率为354MW，约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW，约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ，迫使第10号电站停建，公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电，它于1992年接收了破产的Luz公司的技术，将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置，并计划在以色列建一座200MW的电站，同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站，每座200～300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会，它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体，为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目，计划于2003年完工，届时将是世界上最大的太阳能电站。此外，它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》，1997年12 月1日报道。�

目前，太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是：①30～80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式)；②30～200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 )；③7.5～25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中，抛物面槽式领先一步，美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术，目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站，功率为43MW，该电站成功运行两年后，两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率，有人提出了一种新想法〔8〕， 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置，采用甲烷重整 工艺，以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电，可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式，太阳热发电技术在经济上是可行的， 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中，由于技术进步及容量的增 大，电站的装机造价和发电成本显著下降，1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW，发 电成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ号电站(80MW)，造价降至3011美元/kW，发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此，抛物面槽式在太阳能丰富的地区，经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算， 如果考虑设备的折旧和还贷，太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh，如果 不考虑设备折旧，仅计入运行和维护费用，则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh，而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.，结果表明，随着年产电量的增加，主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进，发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究，认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性，具有巨大的市场潜力。一方面，地中海国家技术水平高、资金雄厚，且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础；另一方面，未来几十年里，地中海国家能源需求量大，每年 要新增5～6GW，加之该地区太阳能资源丰富，年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2，太阳热可发电容量达1200GW，是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�

2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�

50年代第一块实用的硅太阳电池的问世，揭开了光电技术的序幕，也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来，太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出，利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说，1990年以来，全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增，目前总发电能力已达800MW，相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能，1998，(4)：22。�

2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�

当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳能光 电仍是花费最高的一种形式，因此，发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年 来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低， 应用领域不断扩大。目前，世界太阳电池年产量已超过150MW，是1944年产量的两倍还多， 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%，澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%；多晶硅太阳电池效率也达14%，实验室最大效率为19.8%；非晶硅太阳电池的稳 定效率，单结6～9%，实验室最高效率为12%，多结电池为8～10%，实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大，生产工艺的改进，晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3～3�5美元/W �p，售价也相应降到4~5美元/W�p；非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元，多结售价为4～5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比，太阳光电池价格普遍降低了20%。最近，瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池，其光电转换率高达33%，并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液，从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少，使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料，随着技术的进步和市场的拓展，光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果，表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4， 表5，可以看出，2010年以后，由于太阳能电池成本的下降，可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��

表2世界光电组件的产量及年增长率

年份1989199019911992199319941995199619971998

年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�

表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)

电池种类1990199520002010

单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00

多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00

聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67

非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25

薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�

表5太阳能电池成本与市场的关系

太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场

＞6少量应用2～5通信、边远地区

1～2城市屋顶系统＜1大规模发电

表3商品化光伏直流组件效率预测(%)

电池技术199019952000 2010

单晶硅12151822

浇铸多晶硅11141620

带状硅12141721

聚光器(光电池)17202530

非晶硅(包括叠层电池)5～67～91014

CuInSe\-2-8～101214

CdTe-8～101214

低成本基片硅薄膜-8～101215

球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�

近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速，日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②表面光反射损失；③光传导损失； ④内部复合损失；⑤表面复合损失。针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有：① 单双层减反射膜；②激光刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题；⑤高效背反射器技术；⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用，发明了不少新的电 池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率，如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池，约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5～8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但其成本难 以大幅度下降，而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前，澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%，为此， 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究，并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�

高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，近年来，一些 新型高效电池不断问世。专家推断，只要有一二种取得突破，就会使光电池局面得到极大的 改观。�

(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.：1974年CIS电池在美国问世，1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%，由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%，多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点，各国都在争相研究开发，并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�

(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕：通过非晶硅与窄禁带材料的层叠，是有效利用 长波太阳光，提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�

(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率，这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�

(4)大面积光伏纳米电池〔20〕：1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ，用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池，简称纳米电池。计算表明，可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�

2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前，已建成多座兆瓦级光伏电站，最大的是位于美国加州的光伏电站，容量为6.5MW. p，现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，容量为50MW.p，估计2003年可建成供电，总 投资1775万美元新能源，1997，19(2)：23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p，已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外，一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目，显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年，德国政府率 先推出的“千顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶光伏系统，每套容量1～5kW.p，累计 安装量已达33MW.p，远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”，计划到2000年安装16.2万套屋顶系统，总容量达185MW.p，1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”，每套容量扩大到4kW.p，总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”，总投入5500亿里拉，总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”，计划从1997年开始至2010年，将在百万个 屋顶上，安装总容量达到3025MW.p的光伏系统，并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使太阳能光电进入千家万户。�

与此相呼应，当前世界上实力雄厚的10家光伏公司，虽然目前的生产能力都不大，但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太阳能公司50MW ，西门子公司和Solarex公司30MW，壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司， AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测，2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW，而2010年的光电池组件交易量将达到700～4000MW/年②�。�

光伏技术发展的趋势，近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�

2.3太阳能光电制氢�

70年代科学家发现：在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体，可对水的电解提供所需能 量，并析出O2和H2，从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展，使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�

1995年，美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压，通过固定两 个光粒子床的方法，来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为：�

H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�

O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�

净结果为：2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�

近来，美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%，效率比水的二步电解法提高一倍，制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极，铂对极，电解质为硝酸 钾，在太阳光照射下制得了氢，光能利用效率为15%左右〔24〕。�

在太阳能制氢产业方面，1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂，沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划，投资4 800万美元，在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢，用光伏-电解 系统制得的氢，以金属氧化物的形式贮存起来，保证运输的安全新能源，17(3)，19 95，19。自90年代以来，德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久，最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂，使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕，为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他，在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�

由于氢是一种高效率的含能体能源，它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点

1、麻省理工学院(MIT 剑桥 马萨诸塞州)

世界公认的最好的理工大学，被誉为“世界理工大学之最”的美称，当之无愧。1861年建校，今天MIT无论是在美国还是全世界都有非常重要的影响力，培养了众多对世界产生重大影响的人士，是全球高科技和高等研究的先驱领导大学，也是世界理工科精英的集聚地，

MIT一直秉信着智慧创造奇迹。学校的师生比例为1:8，学生的文化背景十分多元化，89%的学生来自于马萨诸塞以外的地方。

麻省理工学院的化学工程要求本科生建立在化学，生物学，物理学和数学的基础知识上，重点学习化学工程的核心课程热力学、运输流程和化学动力学等，结合一系列配套选修课程，在此期间，该校还为本科生设计了一个研究计划(UROP)项目作为课程的一部分，按此计划，你在协助导师工作的同时，可以进行自己的研究项目，为指导你深入了解化学实验室的工作流程提供了机会。

College Factual的研究数据显示：麻省理工学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为80,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为111,000美元。去年该专业毕业生人数为67人，占总毕业人数的5.6%。

2、加利福尼亚理工学院(CIT 帕萨迪纳市，加利福尼亚)

加州理工学院创建于1891年，是世界顶尖的理工类学府，真正的小而精的精英学院。124英亩(约753亩)的校园，拥有18.5亿的校友捐赠基金，且全校本科学生少于1000人，师生比例只有1:3，规模虽小却实力雄厚。学校历史上曾有32人33次获得诺贝尔奖，平均每一千个毕业学生中有一个诺贝尔奖得主，比例为世界大学之冠，傲视群雄。学生背景十分多元化，66%的学生来自加利福尼亚以外的地方。

加州理工学院化学工程有着悠久的历史，最早由著名化学家阿瑟•A•诺伊斯创建化学应用学科，现在加州理工学院化学与化学工程学院是世界上最著名、最杰出的致力于创新，积极向化学工程研究和应用新领域开发的领军者。目前，它主持着美国石油研究所的37个关于碳氢化合物热力学和相平衡系统的项目。而本科生在这里，可以潜心学习他们所选择的化学工程基础知识，并有机会在高级实验室里，追求独立研究、设计和完成毕业论文。

College Factual的研究数据显示：加州理工学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为73,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为121,000美元。去年该专业毕业生人数为31人，占毕业人数的12.1%。

3、佐治亚理工学院-主校区(Georgia Tech 亚特兰大，乔治亚州)

佐治亚理工学院(也称乔治亚理工学院)1885

年建校，是美国顶尖的理工学院之一。最近校园建设得益于1996年的亚特兰大夏季奥运会，学校于2010年4月12日正式受邀加入美国最有声望的大学联盟美国大学协会，成为其63个成员校之一，并且是美国公立常春藤盟校之一。校园占地面积为400

英亩(约合2428亩)，学院在校学生共约 20,000 名。

佐治亚理工学院的化学与生物分子工程学院创建于1901年，是该校八所工程学院之一。该校对本科生的教学要求是以基本原理为理论基础，学生学会解决各种理论和实际问题，通过使用校内网络专业系统，检测和制定解决方案，在本科学习过程中，学生为进入职场和更高一级的研究生学习做好充分的准备。

College Factual的研究数据显示：佐治亚理工学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为70,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为103,000美元。去年该专业毕业生人数为158人，占毕业人数的5.1%。

4、科罗拉多矿业学院(高登市，科罗拉多州)

科罗拉多矿业学院是美国一流的公立研究型大学，创建于1866年，最初为圣公会学院，1876年并入州立大学机构。学院专攻工程学与应用科学，在自然资源管理领域有着杰出的贡献。因为与美国国家可再生能源实验室，国家大气研究中心，国家科学自然基金会的长期合作关系让学院在2008年迅速扩大规模，新增了科学技术中心和一台被命名为Ra的超级计算机。作为全世界速度最快的100台计算机之一的Ra能够发现新的方法去满足社会对能源研究的需求。

科罗拉多矿业学院一所典型的与化学工程密不可分的知名学府，其化工专业教学设施在全美名列前茅，校内计算机网络支持超过70个工作站与化学工程专业软件建模系统。该校对本科生的要求是建立在生物学，化学，数学和物理学的基础知识上，学生要完成一定的项目研究，其中包括必修的流体力学，传热传质，热力学，反应动力学、化学过程动力学和控制等。同时，该校在本科生的化学工程教学过程中，设立了独特的以学生为中心的教学环境，对于新生的教学，生物工作室会引入主动学习生物学的讲座，以此方式让学生参与生物学系统的学习过程的设计与实验探索。

College Factual的研究数据显示：科罗拉多矿业学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为71,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为106,000美元。去年该专业毕业生人数为64人，占毕业人数的7.9%。

5、伦斯勒理工学院(RPI 特洛伊市 纽约州)

伦斯勒理工学院创建于1824年，是世界著名的理工类顶尖高等学府。它是美国历史上第一所理工科大学，也是所有英语(精品课)国家中第一所理工科大学，美国25所“新常青藤盟校”之一。伦斯勒理工被誉为美国理工科教育的基石和摇篮，从该校走出来的学生后来创建了麻省理工学院，耶鲁大学，以及几乎后来所有的美国科学学术研究机构。1872年清朝政府首批中国留美幼童的接收学校之一，培养了包括罗国瑞等中国近代第一批工程师。特别值得一提的是：令该校每一位学生都引以为自豪的是，由于伦斯勒理工学院对美国航天事业的巨大贡献，她的校旗是除美国国旗之外唯一被永久置放在月球上的旗帜。

伦斯勒理工学院的霍华德.P.

Isermann化学和生物工程系对本科生的培养是要求建立在化学，生物学，数学，基础科学和工程科学的基础上，重点在于专业应用，引导学生掌握化学与物理实验过程的流程处理，以满足对未来的职业生涯的挑战。通过本科学习，毕业生准备出色的专业实践和继续深造的机会。

College Factual的研究数据显示：伦斯勒理工学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为66,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为129,000美元。去年该专业毕业生人数为73人，占总毕业人数的5.6%。

6、库伯高等科学艺术联盟学院(纽约市 纽约州)

库伯高等科学艺术联盟学院(The Cooper Union for the Advancement of Science and

Art)是一所私立大学，位于纽约市。它是美国最小的大学之一，全校只有900多名学生同时也是仅有的几所为所有录取的学生提供全额奖学金的大学之一。学校授予的最高学位为硕士学位，所以它并不注重研究实力，而是专注于本科教育。由于库伯大学的特殊性，所以通常意义上的美国大学综合排名中并没有它。库伯大学列为美国录取率最低(录取门槛高)的几所大学之一，年均录取率为10%。

库伯高等科学艺术联盟学院的艾伯特.Nerken工程学院是库柏联盟最大的学院，它一直坚持小班教学和实验，以确保对每个本科生的个人关注和学习机会。化学工程系鼓励学生在学好基础理论知识的同时，积极开展专业实践，以适应未来职场的工作需求，并且培养学生终身学习和研究的理念。

College Factual的研究数据显示：库伯高等科学艺术联盟学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为63,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为121,000美元。去年该专业毕业生人数为20人，占毕业人数的10.9%。

7、克拉克森大学(波茨坦 纽约州)

克拉克森大学(Clarkson University

)创建于1896年，位于美国纽约州的波茨坦，是一所历史悠久的综合性私立大学，也是美国最好的工程技术大学之一。克拉克森大学的Wallace

H.Coulter工程学院可以提供本科学位，硕士研究所学位和博士研究生学位。

化学工程学院的教职工与这个行业及政府机构有着紧密的联系与重要的研究合作项目。学院为学生提供直接实践的环境，并且让他们从新生开始就参与到实验室的研究工作。目前的研究领域包括，环境化学、生物工程、化学机械研磨技术、化学计量学、计算机辅助处理工程、材料处理等多种类学科研究。

College Factual的研究数据显示：克拉克森大学大学化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为63,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为104,000美元。去年该专业毕业生人数为34人，占毕业人数的4.9%。

8、伍斯特理工学院(WPI 伍斯特市，马赛诸塞州)

伍斯特理工学院创建于1865年，是美国历史上最悠久的科技大学之一，长期以来一直是美国新英格兰地区最好的学校，以“培养最优秀、最能干的理工科学生”为其教学宗旨。在美国新英格兰地区其学生对知识的应用能力方面的受欢迎程度，仅次于麻省理工学院。

伍斯特理工学院的化学工程本科教学着重于理论知识的掌握和解决问题能力的培养，主要方向是再生能源，环境科学，生物化学，生物医学，高科技材料等领域的研究。课程与项目研究是伍斯特理工学院化学工程本科教育的特色，该校的互动资格项目(IQP)和重大项目资格(MQP)能够帮助本科生在校期间通过导师参与到跨学科的研究机构中进行广泛的实践和锻炼。学校允许学生选择辅修其它学科领域。

College Factual的研究数据显示：伍斯特理工学院化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为68,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为104,000美元。去年该专业毕业生人数为69人，占毕业人数的7.2%。

9、卡内基梅隆大学

卡内基梅隆大学是一所享誉世界的私立顶级研究型大学，是由工业家兼慈善家安德鲁•卡内基于1900年创建，1912年改名为卡耐基技术学院，开始向以研究为主的美国重点大学转变。1967年与梅隆工业研究所合并为卡耐基-梅隆大学。该校在世界科学与工程学领域都占有重要的位置。中国著名的桥梁专家茅以升是该校的第一个博士。学校校园占地144英亩(约合874亩)，学校的12,000名学生来自全美及世界各地。学校的种族多元化高于全国平均水平。

化学院是全国领先的化学工程学院，同时拥有超过100多年在教学和研究上的创新历史。这个部门拥有五位来自国家工程院的教授。许多教授都收到过在各自领域中的高级别奖项，如AICHE,

ACS, AAAS, 等。这个部门坐落于化学大楼，学院花费了2800万美金对整座大楼进行翻新，并且创造了全国最领先的研究基地和教学设施。

College Factual的研究数据显示：卡内基梅隆大学化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为60,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为125,000美元。去年该专业毕业生人数为71人，占总毕业人数的4.3%。

10、康奈尔大学(Cornell 伊萨卡岛，纽约州)

康奈尔大学创建于1865年，为八个常春藤名校中唯一一所在美国独立战争后创办，在美国“常春藤盟校”中，康乃尔是历史最短的一个，而同时它又是最大的一个。21000多名在校生，占据了伊萨卡岛的2,000英亩(约合12140亩)及在纽约的两个校区，其260座校园建筑展示了大量风格迥异的建筑。

康奈尔大学的化学和生物分子工程学院始建于1938年，是全美顶尖的化学工程学院之一，它为学生提供了一流的专业教育和先进的实验室，行业内知名的教授们亲自为学生授课，以帮助本科生适应未来职业生涯的生存需求。学生在校期间，也可根据自己的兴趣选修其它学科，专注于重要领域的研究，开发和生产。

College Factual的研究数据显示：康奈尔大学化学工程专业毕业生的平均年薪起薪为74,000美元，在职业生涯中期的薪资大约年薪为116,000美元。去年该专业毕业生人数为98人，占总毕业人数的2.5%。

美国橡树岭国家实验室、可再生能源国家实验室、阿拉莫斯国家实验室等，加拿大国家研究院，温莎大学等也有大牛，自己根据方向找吧。fuelcell.xjtu(站内联系TA)日本的不太了解，岩手大学的Yashiro教授是做双极板材料研究的，其它的不知道，抱歉naiwohe(站内联系TA)Originally posted by fuelcell.xjtu at 2009-5-26 07:53:日本的不太了解，岩手大学的Yashiro教授是做双极板材料研究的，其它的不知道，抱歉 直接做电催化的，有哪些牛人？史前火山(站内联系TA)中科大老孟算不算牛人？kijuy(站内联系TA)国内肯定是衣院士了，日本watanabe和一个叫冈本的，特别是watanabe很牛，美国华人王朝阳，case western， 还有几个国家实验室， MIT， Berkeley， 再就是各大汽车公司里也藏龙欧虎啊：）jshyqn(站内联系TA)荷兰阿姆斯特丹大学范德瓦尔斯—塞曼研究所国际顶尖材料物理学家弗兰克教授翱翔博士正是弗兰克教授得意的弟子，现任本华源氢能公司总裁本公司是专门从事质子交换膜燃料电池及氢能开发应用研发与生产的高科技企业。本公司产品有：MEA膜电极、预处理气体扩散层、质子交换膜、Pt黑催化剂、NAFION溶液、TEFLON溶液、燃料电池用预加工碳板、微型气体压力安全阀、恒流电子负载、燃料电池分析系统、燃料电池检测系统、燃料电池电堆、氢气报警感应器。江苏华源氢能科技发展有限公司

在全球变暖趋势不断加剧，传统化石能源供应日趋紧张的形势下，各国政府在制定能源发展战略时纷纷提出要进一步开发和加大可再生能源的利用比例。但美国科学家的最新研究分析表明，可再生能源也许并不如想象的那样环保，发展可再生能源需要耗费大量的土地资源，最终的代价可能是环境遭到破坏。可再生能源是否是把“双刃剑”再次成为科学家们争论的焦点。 反对者：占地过多侵蚀自然 纽约洛克菲勒大学的杰西·奥索贝尔带领的研究小组在最新出版的《核能管理、经济和生态》杂志上发表论文称，他们对每一种可再生能源所占用的土地资源以及相对应的电力产出进行了考察分析。根据测算，生物质能和风能每生产1瓦或者2瓦电需要占用1平方米土地，要想改变全球能源供应格局，就需要兴建足够多的风电场以及拦河大坝，种植足够多的生物燃料作物，这势必会给自然带来巨大的侵蚀。 以美国为例，如果要满足2005年全美国的电力需求，必须在相当于得克萨斯州面积（约26.7万平方公里）大小的地方安装风力发电设施，并保持昼夜不停运转，才能保证供应。而纽约市所有的电力设备要想正常工作，也需要一个面积相当于康涅狄格州（约1.3万平方公里）的巨大风力发电场。 赞成者：所需土地其实有限 有些科学家则不认同奥索贝尔的分析结论，认为他采用能源密度（即每单位土地上的能源产出）作为唯一的衡量标准有失偏颇，不能够全面估算可再生能源对环境产生的影响。 美国国家可再生能源实验室主任研究员约翰·特纳表示，利用能源密度作为评估标准，不足以涵盖各种不同可再生能源的发展潜力。他说，如果用转换效率为10%的太阳能电池来为整个美国提供电力保障，那么只需要在亚利桑那州或者内华达州这种阳光充沛的地方安装1万平方英里（约合2.6万平方公里）的太阳能板就足够了，而整个美国大陆面积有370万平方英里，占用的土地面积不过是九牛一毛。而且，这仅仅只是采用了其中一种可再生能源技术。 是否环保：思路不同结论迥异 根据奥索贝尔的分析报告，如果美国以生物质能作为主要能源，那么爱荷华州965平方英里（约合2500平方公里）的可耕地都将被占用。如果利用太阳能，仅太阳能面板覆盖的土地面积就达到58平方英里（约合150平方公里），此外还要考虑兴建配套的储存工厂所占用的土地。因此他认为，太阳能和生物质能等可再生能源是“不环保的”。 对此，特纳表示，完全不必要在新的土地上建太阳能工厂，只需在现有建筑或房屋的屋顶上支起太阳能板，就能够满足全美国年电力需求的25%%。至于占地面积很大的风力发电场，实际上有95%%的地面是闲置的，可以合理利用土地，用来耕种农作物。 未来趋势：核能也是绿色能源？ 奥索贝尔认为，核能具有排放污染小的优势，是未来能源发展与利用的方向。他解释说，强调环保理念的能源政策有三大支柱，一是增进能源效率，二是利用碳捕获和封存技术，逐渐加大对天然气的依赖，第三就是发展核能。 特纳也赞同核能的发展潜力，但他提醒，核废料的处理不容忽视，应该在确保安全的前提下逐步推广。