光生伏特效应(光生伏特效应的代表器件)

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套用每年回顾行业的成语:2020年对于多晶硅-光伏行业来说是不平凡的一年。不经意间回头看，才发现自己在不经意间写了10年这个“不平凡”。“不凡”不是简单的书写习惯和抄袭，而是中国多晶硅-光伏产业在短短20年间的风风雨雨。

在“十三五”结束和“十四五”开始的关键节点，我们站在“两个一百年”的交汇点，回望行业的发展历程，希望为下一个时期积蓄稳步前行的力量。

在江苏省徐州博物馆，展出了一幅有2000年历史的汉代石刻《伏羲执日》。石雕生动地表现了4000年前先民对太阳的敬畏。自古以来，人类对带来光明和温暖的太阳怀有无限的崇拜。太阳被赋予了丰富的想象力，成为神话故事的核心，如后羿射日、夸父日报、阿波罗、太阳神等等。

太阳源源不断地向地球输送丰富而清洁的能源，人类对太阳能的利用有着非常悠久的历史。早在周朝，我国人民就能利用凹面镜的聚焦从太阳上取火——这是中国乃至世界上最早的太阳能利用。《李周秋官四口》中有“四玄掌与夫妇在阳光下取明火”的记载；《淮南子·天文训》说“太阳一照，烧成火”；《论衡》中说“察日，火从天而降”，“岁”即“阳岁”。《古今注释》中提到“铜制阳燧，状如镜，视之必倒，视之必怒。”阳燧是古代的太阳灶。西晋时，有人利用凸透镜的聚焦特性，把冰磨成凸透镜来取火。但由于古代科技发展水平较低，在人类社会很长一段历史时期，太阳能一直处于自然利用的初级阶段，除了照明生火，主要用于烘干物体。《种树》中提到，收麦“要在烈日下热收，混以苍耳叶或麻叶，以避蛀虫。”在医疗方面，《黄帝内经》和《本草纲目》记载了公元前3世纪至5世纪掌握的太阳疗法。《洗冤集》说，“验尸后，尸骨受损，尸骸泼烂醋，露天盖新油伞。如果你想看到它们，你可以从太阳下看它们，看到标记。”让光线穿过油伞，让有利于观察的射线充分集中，这和现代医学用紫外线检查疤痕的原理是一样的。军事方面，公元前3世纪，希腊科学家阿基米德用许多打磨光滑的金属盾牌聚集阳光，烧毁了一支进攻西西里岛东部锡拉库扎港的罗马舰队，为保卫家园立下了汗马功劳。

这是古代对太阳能利用的概述。在现代，人类已经开始探索太阳能作为能源和动力。

太阳内部发生了从氢到氦的剧烈核反应，巨大的能量源源不断地辐射到宇宙空。太阳中的热核反应可以持续6×1010年，与人类历史有限的时间相比，可以说是取之不尽的宝贵能源。地面的太阳辐射会随着时间、地理纬度、气候的变化而变化。虽然实际可利用量较低，但可利用资源仍远大于人类能源消费总量和2100年后的规划能源利用量。从全球来看，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的年总辐射或日照时数最大，是世界上太阳能资源最丰富的地区。

将太阳能直接转化为电能，合理开发太阳能资源，对解决能源危机和缓解气候变化具有重要影响。上世纪末，一些专家估计21世纪将是可再生能源和太阳能的世纪。“如果实施加强可再生能源的发展战略，到21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。在世界能源结构的转变中，太阳能处于突出的地位。”美国马蒂奇博士曾在《能源替代趋势研究成果》中表明，21世纪太阳能将进入快速发展阶段，2050年比例将达到30%，仅次于核能；到21世纪末，它将取代核能成为第一能源。现在看到这个“预言”，感叹很多，感触更多。

中国是世界上太阳能资源丰富的国家之一。中国三分之二以上的地区年日照时数超过2000小时，年辐射量超过5000兆焦/平方米。北纬36°以北地区，除东北和东部外，年平均日照时数2600小时以上，锡林浩特、呼和浩特、银川、西宁、拉萨等西北内陆地区年平均日照时数3000小时以上，是全国日照最多的地区。可以说，发展光伏发电的优质条件得天独厚。

中国虽然是名副其实的太阳能资源大国，但光伏发电产业起步很晚。

光伏产业链包括上游硅材料、硅片、中游电池、电池组件和下游应用系统。从全球范围来看，产业链上、中、下游环节涉及的企业数量依次大幅增加，光伏市场产业链呈金字塔结构。其中，上游多晶硅材料是信息产业和太阳能电池产业的基础原材料。它由石英砂加工的冶金级硅提炼而成，用于制造基于晶体硅的电池模块。石英砂是自然界中最常见、应用最广泛的非金属矿物原料。我国石英砂矿藏种类繁多，储量丰富，但由于发达国家对高纯石英砂制备技术的垄断和对其出口的限制，长期以来，我国石英砂的提纯和规模化开采处于非常艰难的探索阶段。相应的，硅材料的生产也因行业起始端的制约而难以独立。更何况，到了本世纪初，由于技术和市场的限制，多晶硅材料的制备已经“开箱即用”。产业链的中游是门槛相对较低、规模效应突出的电芯和电池模组的制备。中国虽然起步晚，但在短时间内产生了很大的国际影响力。与上游相对应的，是国内难以维持的光伏应用市场。近年来，中国已经成为全球装机量最大的国家，但即便如此，与庞大的产能相比，应用的健康发展依然任重道远。

在过去的20年里，与其他被国家大力扶持甚至在国外专家指导下发展起来的产业不同，中国的多晶硅-光伏产业在成长的道路上，缺少了学习和青春的平缓过渡，有的经历了所有的世事和沧桑。

从无人问津的冷门行业到资本争夺的热土，从政策冷清的偏僻角落到大力扶持的朝阳行业，从不计后果的“疯狂试错”到为生存而挣扎，从对外依赖的被动无奈到自主研发...经过近20年的“抢眼”经历，中国多晶硅-光伏产业“横空出世[/k0/]”。

一、起源:光伏诞生(19世纪至60年代)

1839年，法国物理学家贝克雷尔首先发现了光伏效应。1883年，太阳能电池，一种发电设备，通过在一层薄薄的金上镀上硒制成。这种历时近半个世纪的研发效率只有1%，而这微不足道的1%却促成了今天光伏产业的发展。

1.了解PV

现代人利用太阳能的历史可以追溯到400年前。1615年和1878年，法国诞生了太阳能水泵和太阳能印刷机。据了解，已知的关于光伏发现的最早信息记录于1839年。亚历山大·贝克雷尔(Alexander Bekkerel)通过将金属电极置于电解液中进行研究，发现物质进入介质后，在光照下会产生微小的电流，因此被称为光伏效应。

1873年，英国工程师史密斯在水中测试电报电缆材料时发现了硒的光电导性。

1877年，W.G. Adams和R.E. Day观察到了固化硒的光伏效应，发表了一篇关于硒电池的论文，题目是《光对硒的作用》。这篇论文发表在《皇家学会学报》上，学报A25，113。

1882年，托马斯·爱迪生的电力实验成功，建成了世界上第一座发电厂，开启了电力工业的发展。

1883年，查尔斯·弗里茨(Charles Fritz)通过在一层薄薄的金上镀上硒，研制出效率低于1%的太阳能电池，形成发电装置。后来，人们把能产生光伏效应的器件称为光伏器件。虽然弗里茨希望太阳能电池能与爱迪生的火力发电厂竞争，但转换效率太低，缺乏实用性。同年制造出太阳能摩托车，据说可以驱动1.6马力的往复式发动机。但这些动力装置都是通过聚光来收集太阳光，所以发动机功率低，成本贵，实用价值不大。

1887年，电磁波之父海因里希·赫兹研究了紫外线的光电导性，发现了光电效应。第二年，世界上第一个太阳能电池专利被授予。近年来，世界上第一块基于外光电效应的太阳能电池问世，相关专利随之而来。

1904年，德国物理学家霍尔瓦·考克斯发现铜和氧化亚铜结合具有光敏性，并制成半导体太阳能电池。

1905年，爱因斯坦将自己的论文《关于光的产生和转化的思辨观点》邮寄给了当时国际物理学界最负盛名的杂志《德国物理学年鉴》。16年后，爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。

1916年，波兰科学家扬·柴可夫斯基偶然将本应插在墨水瓶里的钢笔放入了熔锡的坩埚中。当他发现错误并迅速拔出钢笔时，他发现笔尖上挂着一根细锡线。于是，他把笔尖换成了毛细管，又练了一遍这种拉法。经过研究，证实用这种方法拉出的单晶金属直径为1毫米，长度可达150厘米。1918年，他对自己的发明进行了分析总结，并公开发表。这种生长单晶金属的提拉法日益普及，已成为提纯锡、铅、锌等金属的重要方法。

第一次世界大战的酝酿和开始，对光伏行业产生了巨大的影响，但也让人们看到了以石油为代表的能源作为现代军事、工业、经济和社会血液的重要作用。

1932年，奥德博尔特和斯托拉在硒化镉中发现了光电效应，这种效应一直沿用至今。

1935年和1946年，安东·h·拉姆和拉塞尔·奥尔先后获得了“光电器件”和“光敏设备”的专利。

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