本文总览：
- 1、什么是太阳能？我们可以怎样利用它？
- 2、太阳能是一种什么样的能源，它和地球上的其他能源有什么关系？它有哪些用途？我们应该怎样利用它？
- 3、人们利用太阳能研制出了哪些产品？
- 4、我们为什么要了解全球太阳能产业的现状和发展前景
什么是太阳能？我们可以怎样利用它？
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于有102,000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外）虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。下图是地球上的能流图。从图上可以看出，地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。
人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。
长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"温室效应"和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。
1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：从每瓦50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站（主要是火电站）相比具有经济竞争力，还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池，为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的8．3％面积（约8000平方千米）建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。今年6月，亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机不是新的，而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅0．5美分／千瓦小时，效率高达40％—50％。
俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其100平方米住房全年的用电需要。另一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想，即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来，使太阳池发电的成本大大下降，在北高加索地区能与火电站竞争，并且一年四季都可用，夏天可用于空调，冬天可用于采暖。
对于淡水资源缺乏的国家来说，太阳池还有另一项不可多得的好处：据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳池，可为10吉瓦的发电机组供热，并可每年产淡水2立方千米。
在欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在（尤如夹层玻璃）双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的促进了太阳能在新型建材产品中的应用。
在发展中国家，各国也在积极发展利用太阳能。如菲律宾早在九九年，政府已批出了首个太阳能计划，在澳洲政府“海外援助计划”的协助下，在全国263个社区安装1000个太阳能系统。目前菲政府正在推行全球最大太阳能应用计划，整个计划耗资4800万美元，是目前为止世界上最庞大的太阳能计划。太阳能发电计划共分两期，受惠的除了民居外，还包括25个灌溉系统、97个净水及分配系统、68间学校和社区中心，及35间诊所。
由此看来，全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前，包括到太空去收集太阳能，把它传输到地球，使之变为电力，以解决人类面临的能源危机。随着科学技术的进步，这已不是一个梦想。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。
在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦（注：1兆瓦（MW）为1000千瓦），工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。
目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持，国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一。于1998年在国内首家引进了76千瓦国际上先进的屋面太阳能发电系统，至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12千瓦时以上，可满足1个小康之家用电要求。该集团还与瑞士的ATLANTIS公司合资组建了北京-阿脱兰太阳能科技有限公司，合资生产太阳能光伏发电组件和屋面发电组件两大系列、多个品种的光伏发电产品，并将这一世界领先的太阳能利用新技术引入了中国。
河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿（Piikington）太阳能国际有限公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料，如德国凯米特化学制品有限公司的优质湿法玻璃层压设备、湿法灌浆液（封装介质）等。振海集团的基地于1999年11月已在我国率先安装了100多平方米的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用，其运行使用效果良好，已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。
太阳能集热管是清华大学的一项专利技术，经清华阳光公司的产业化生产，目前其年产量为世界第一，其产品性能为世界领先，清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置，用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产，目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂，每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管，预计这个项目的经营额再过3年将达到10亿元。
2008年的奥运会，北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，计划奥运会场馆周围80％至90％的路灯将利用太阳能光伏发电技术；采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会90％的洗浴热水。届时在整个奥运会期间，我们将看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等等以一系列太阳能技术的应用。我们的生活将充满阳光！
太阳能是一种什么样的能源，它和地球上的其他能源有什么关系？它有哪些用途？我们应该怎样利用它？
太阳能发电产业分析(2011-02-07 11:34:37)转载标签： 日本太阳能发电太阳能电池尚德电力p型半导体财经
2007年下旬，国际油价已上升至100美元一桶；虽说美元疲软、中东政局不稳是其中不可轻视的诱因，但世界能源日益短缺是更不能逃避的问题！有研寒报告指出：石油会在41年后枯竭，天然气会在67年后耗尽；煤矿是比较丰富的资源，还可用192年；但煤却是三者之中二氧化碳排放量最多的，是温室效应的最大元凶。
其实能源短缺已不是今天才发生的事，具有远见的国家，例如日本及德国，它们居安思危，除了意识到能源枯竭的问题外，更考虑到石油这种资源是地区性的：地球上只在有限的几个地区才拥有石油这种珍贵的资源，而这种珍贵的能源其实是掌握在某几个国家手中的。为了尽早摆脱依赖产油国的状况，它们早在数十年前已着手开发新能源，并选择了再生能源②为发展的重点。到了近20年，各国在研究再生能源上都取得了成果，其中太阳能发电产业的发展更是一日千里。所谓太阳能发电，就是把光能转化为电能的一种技术。太阳能发电或许在现今还未能十分普及，但我们发现，它有着无限的潜力。现今的石化能源价格日渐昂贵，加上石化能源所排放的污染物正不断威胁我们居住的环境；而太阳能用之不竭，几乎不产生任何污染。我们预计太阳能在未来将会是其中一种最有效及最常用的能源。
从2000年开始，基于太阳能发电技术的日趋成熟，人们生态环保的意识亦渐渐增强，加上各国政府政策上的推动，太阳能发电产业正步入高速增长期。根据调查显示，太阳能发电产业在过去五年的平均增长率超过40%！借这个太阳能发电产业的春风，各国企业都如雨后春_般跑到这个朝阳行业来；其间企业与企业之间的竞争、并购过程非常激烈。我们对太阳能发电行业的产业链进行了仔细研究，通过剖析原材料生产、加工、制造、装嵌、推广以至销售等等，我们发现太阳能发电产业的行业本质是如何把太阳能发电技术融入生活。先介绍太阳能发电行业的概况，然后会从太阳能发电技术的发展及供应链管理去详细剖析行业的本质——解释龙头企业如何应用及发展太阳能发电技术，从而把太阳能带进我们的生活；接着，我们以不同的企业去印证太阳能发电行业的本质；最后，我们将为这个行业的研究做个总结。
一、太阳能发电的优势
太阳能属于再生能源。目前常见的再生能源主要有风能、水能、太阳能和地热，其中，太阳能是总体上最可利用的再生能源。与风能相比，太阳能稳定性较强，受季节、季风影响较小。与水能相比，太阳能地理位置局限性较小。地热跟水能一样，受到位置的局限性，而且有足够的地热可以发电地方并不多。
太阳能发电还有以下优点：属于可再生能源，不必担心能源枯竭。太阳能本身并不会给地球增加热负荷。运行过程稳定、低污染、无噪声。所产生的电力既可供家庭单独使用，也可并入电网供大众使用。太阳能发电产品用途广泛，例如，可安装于建筑物、衣服和运输工具上使用。
二、太阳能发电产业的历史及现状
利用太阳能的发展自2000年起慢慢起步，过去5年世界平均年增长超过40%。其中日本的发展尤为迅速，太阳能的利用在该国受到很大的重视。
在20世纪90年代初期，全世界太阳能电池的产量在100MW之下。当时日本已经是全球最大的太阳能电池生产国，1990年的年产量为16.8MW，占全球产量的：36.1%，紧随其后的是美国和欧洲，分别占全球产量的31.8%及21.9%。我们可以推断，早在20年前，日本已大力推广太阳能发电技术了。到了20世纪90年代末，太阳能电池的全球产量已飙升至287.7MW，比1990年的产量足足增长了6倍，年均增长率达20%！更惊人的是，从2000年至2006年这6年间，太阳能电池的年产量又增加了9倍：从2000年的287.7MW到2006年的2500MW，年均增长率超过40%！要留意的是，时至今日，日本依然是全球最大的太阳能电池生产国，在2006年占全球产量的37.1%。由此可见，日本仍保持着20年前的领先地位，而且其领先地位更加稳固了，与其他国家相比，优势愈来愈大。相比之下，美国就给人以原地踏步的感觉：1990年它的市场占有率为31.8%，到了2006年已缩减至8.1％。从这个现象我们可以知道，各国政府对太阳能发电产业有着不同的态度和目标。而事实上，在国家政策上，我们发现日本的资助计划的确比美国更加全面。日本在太阳能发电产业的领导地位可以说是毋庸置疑。
太阳能发电产业链分上、中、下游三个部分。上游事业包括提炼太阳能级硅、制造硅棒和硅碇、切割硅片；中游企业负责制造电池；下游则着重装嵌电池模块及销售太阳能发电系统。太阳能发电产业是典型的金字塔模式：即上游的企业数量比较少，从事中游业务的企业数量比上游多，而下游企业的数目也最多。原因很简单：在产业的上、中、下游三个部分中，上游业务所需要的技术、成本都是最高的。正因为如此，进人上游业务的门坎相对中游及下游业务要高得多。图3-3显示了典型的金字塔模式。
在最顶的部分是晶体硅（在这里我们用多晶硅来做例子）的制造，属于最上游的业务。从事多晶硅提炼的企业全球大概有8家，而其中前5强的企业产量占整个行业的85%！从事硅片制造的企业大概有18家，其中前5强的企业产量占整个行业的60%。太阳能电池制造商超过85家，前5强企业的产量占全行业的55%。太阳能电池模块制造商更多，超过130家，前5强企业的产量占整个行业的比例只有50%。最后，系统安装商无疑最多，可达数百家。所以，我们说太阳能发电产业的确是典型的金字塔模式。
就提炼太阳能级硅来说，美国HSC和挪威REC是其中的佼佼者；硅棒和硅碇制造及硅片切割的代表则有日本京瓷（Kyocem）和日本夏普（SHARP）；而日本夏普更是制造太阳能电池的龙头企业，紧随其后的是德国Q-Cells和日本京瓷。而下游的市场则比较分散，除了德国SMA占整个下游的不足20%外，其余企业的市场占有率都不太突出。我们会集中讨论中游部分：太阳能电池制造商。
根据2006年的资料，太阳能电池制造商五强依次是日本夏普、德国Q-Cells，日本京瓷、中国尚德电力（Suntech Power）及日本三洋（Sanyo）。我们看到，2006年的五强中日本企业占了3家，这正印证了日本在太阳能发电产业领导群雄的地位。我们以日本夏普、德国及中国尚德电力作为本章的重点案例。为了集中讨论世界的太阳能发电行业，而不要变成只研究日本太阳能发电行业的报告，我们把日本京瓷公司的内容从本章剔除。而我们的确从不同国家的企业身上找到它们符合行业本质的线索，而这就是它们从竞争激烈的行业中脱颖而出的原因。日本夏普的业务涉及硅棒、硅碇的制造，太阳能电池的制造及装嵌；德国Q-Cells把资源集中在太阳能电池的制造；而中国尚德电力则主要是制造太阳能电池及模块装嵌。我们会仔细研究它们在企业策略上的取向，了解它们成功之处。在本章的最后部分，我们将以日本夏普、中国尚德电力及德国Q-Cells作为案例，让读者能从案例中了解太阳能发电行业的本质。
三、太阳能发电技术
太阳能发电技术是将太阳能转化为电力的技术。当太阳光照射在P型半导体和N型半导体之间时，基于物理效应，电极之间就会产生电压。只要把P型半导体和N型半导体连接起来，就能把得到的电流传送到其他地方（即发电）。虽说太阳能电池的设计日新月异，但硅系太阳能电池都是运用了这一基本原理。电池主要分为数层，其中最要紧的是N型及P型半导体，其他的涂层主要作用是保护、支持电池。目前，太阳能发电技术的应用有联网和离网两类。联网意即与地方电网连接，将所产生之电力供应给地方电网。这使得依赖太阳能发电的地方需要24小时运作，因为晚间没有阳光，用电可向地方电网购买。这可解决太阳能技术在没有阳光时的难题。离网意即不与地方电网连接，通过与蓄电池连接，可将日间产生的电力储蓄起来供晚间使用。离网主要应用于偏远地区或固定电网未能到达的地区，这可使当地人过上拥有电力的生活。离网太阳能发电技术对中国偏远农村发展现代化农业具有重要意义。
国际能源处的数据显示，2006年世界前十大太阳能电池生产商中，日本生产商占4名、德国生产商占3名、中国占2名、英国占1名。这说明，在太阳能发电技术上，日本和德国占有领导地位。厂商方面，日本夏普占全世界生产份额的17.4%、德国Q-Cells占10.1%。中国尚德电力是唯一能进入前10名的中国内地公司。在2006年，它的市场份额占全世界的6.3%。到了今天，虽说太阳能发电行业正步人强劲的增长期，但太阳能还不能取代传统石化能源，原因是太阳能发电成本太高。以我国为例：以煤发电，每度电成本为0.2～0.3元人民币；水力发电每度电成本为0.2元人民币；太阳能发电每度电成本为2元人民币，故降低成本是推广太阳能发电技术的关键。
行业本质
太阳能行业的本质是融入生活。在解释行业本质前，让我们先了解这个行业特别的产业链在整条产业链上，各厂商利用整合生产开发（IPD）和整合供应链（ISC）去追随这个行业的本质，最终达到行业领先的地位。现以整合生产开发和整合供应链两方面去分析行业本质及其重要性。
—、整合生产开发（IPD）1.IPD的概念
首先我们看看什么是整合生产开发（Integrated Product Development，IPD）。在传统的产品开发过程当中，各部门各自运作。产品设计部门开发出来的产品不一定完全符合市场需要，釆购部门对新产品所需的材料不一定有完善的供应计划，生产部对于新产品不一定有一套完整的工序。产品设计部设计出来的“新”产品，到了消费者手中，可能已是一种完全不同的产品了。IPD的概念在美国最先兴起，目的是为了优化开发新产品的流程。IPD针对各部门在开发新产品中不协调的情况，把产品开发的程序与市场需要、企业策略以及材料供应相结合。推行IPD首先确认市场需要，如以太阳能发电行业为例，各企业认定市场的要求是融入生活；然后制定企业策略，如日本夏普推行自家的技术研究，德国Q-Cells则着重与其他企业合作或通过并购取得技术；最后把生产程序以及材料供应等等元素加入设计新产品的过程当中，从而使新产品面世后既能符合市场需要，又能以最短的时间生产并拿到消费者手中。
2.太阳能发电的困难及未来
让我们想一想，太阳能发电至今为止都需要政府进行各种补贴，其中一个最大的原因是发电成本极高。如前所述，在现今国内，太阳能发电的平均成本为每度电2元人民币，水电及火电每度电却只需要0.2～0.3元人民币。消费者现在所付出的电费为0.6～0.8元人民币。太阳能发电需要如此巨大的成本，如果没有政府的补贴，消费者到底要付多少钱呢？
虽说各国政府已意识到发展新能源的迫切性，并实行了一系列的补贴计划以推动太阳能发电。但归根结底，太阳能发电之所以尚未普及，很大程度上是因为技术不够成熟，发电成本还不足以使太阳能发电融入社会每个阶层的生活。在太阳能发电产业价值链中的每一个阶段、每一个制造程序，尤其是属于上游的硅材料提炼阶段，成本仍然偏高。成功的太阳能发电企业当然意识到这个症结所在，于是为了降低成本，各大企业研发的研发，并购的并购，务求在最短的时间里得到最新的技术，在众多的企业中领先其他对手，以获得支配整个行业的地位。以下，我们把太阳能发电的技术、困难以及未来逐一进行探讨。太阳能发电技术可分为四代，简介如下：第一代为硅系太阳能电池，现有产品为单晶硅和多晶硅太阳能电池，其转换效率（即将太阳能转化为电力的效率）最高。由于第一代电池的发展技术已相当成熟，故现在市场上超过90%之太阳能发电均使用第一代技术。
第二代为多元化合物薄膜太阳能电池，现有产品为：非晶硅薄膜太阳能电池、碲化镉、砷化镓III-V化合物和铜铟镓硒。由于其厚度比传统太阳能电池薄，故原料需求量少。由于这是新技术，故普及程度不高。
第三代太阳能电池包括：聚合物多层修饰电极型电池、光电化学电池、聚合物、纳米晶、染料敏化太阳能电池。此技术的特点是不依赖于传统的PN结分离光生电荷，但相比第二代技术，第三代技术的普及程度更低。
第四代太阳能电池包括：纳米晶化学太阳能电池、多光谱太阳能电池。多光谱太阳能电池能吸收红外线光谱部分热量使太阳能电池更有效。但此新技术仍在实验室试验阶段。
（1）第一代太阳能电池的问题
第一代的太阳能电池主要以硅为材料，而硅料则是由石英砂提炼而成。第一个步骤是把石英砂通过数个程序制成晶硅。晶硅主要可分为单晶硅及多晶硅，在提炼过程中进行晶体提拉可形成单晶硅，进行晶体铸造可形成多晶硅。单晶硅和多晶硅两者都是硅，只是晶体间的排列方式不同罢了。单晶硅的组成原子均按照一定的规则周期性地排列；多晶硅的硅原子堆积方式不止一种，它是由多种不同排列方向的单晶所组成。制成晶硅以后，再加热把晶硅制成晶圆、硅锭，然后进行切割切成一块块薄薄的硅片。有了硅片，就有了太阳能发电的基础。太阳能电池生产商把薄薄的硅片加以排列、加工、合成以制成太阳能电池。到了这里，以后的程序就比较简单了。模块生产商把太阳能电池组成不同的排列，加上转换器等装置，制成电池模块。太阳能电池模块已是能独立运作的“小型系统”了，如果把大量的小型系统连合起来，就是用来发电的大型联网系统。这个制造流程是现今最常见、最成熟的生产技术，可以说是第一代的太阳能电池制造技术。但它的缺点就是太阳能电池不能普及的最大障碍：提炼成本昂贵！
为什么昂贵呢？在生产“晶硅”的过程当中，需要加热至1900℃以加速相应的化学作用；接下来的晶圆制造，亦需要额外加热至1400℃。单单是头两个工序已经极其消耗能源！以现今技术来说，一片晶圆直径大概为200μm（微米），即0.0002m。但当中只有2μm有发电的效应。换句话说，一片晶圆中只有1%的硅材料有用，其余99%的硅材料都是浪费掉的！此外，太阳能电池模块体积又大又笨重，由此可见，太阳能发电的应用范围亦会比较狭窄。在种种不同的条件限制下，加上不断上升的硅材料价格，第一代太阳能电池的制造成本居高不下。
（2）第一代太阳能电池的演变
看过了第一代太阳能电池的制造流程，我们发现，如要减低成本，可以从三方面着手：减低在生产太阳能电池过程中所损耗的材料；改善太阳能电池设计以提升转换效率；研发新的太阳能发电技术。A.减少耗材发电效应只在晶圆表面2μm的地方进行，所以晶圆厚度愈少，所浪费的硅材料也就愈少。根据德国Q-Cells的年报，它们的晶圆厚度已由2003年的300μm，改进到2006年的200μm。而在未来数年，晶圆的厚度可望进一步减少。其次是使用新研发的技术减少硅材料的消耗。例如德国Q-Cells通过与Evergreen Solar合组企业EverQ GmbH，获得了的丝带状硅晶提拉技术。如前文提及，常规生产硅片技术是基于能源密集型铸造、加工和切割大型硅块的技术，制造过程并不环保而且会消耗硅材料。丝带状硅晶提拉技术可帮助减低在加热时所消耗的能源及硅料的浪费。它的制造工艺是从一个小型硅熔炉（图3-8的下部）中提拉硅片，从而制成200μm～300μm厚的晶硅薄片，然后再切成小段硅片。故此，省去了硅棒切片的步骤，显然，这种新研发的技术可减少硅材料的损失。况且此技术只需小规模加热即可，因此可以减少能源消耗。
丝带状硅晶技术是源自自然科学的“表面张力”概念。简单来说，制作一个丝带状硅晶就像制作一个肥皂泡——水的表面张力将冼剂液制成泡泡。Evergreen Solar用两条耐热平行金属线垂直通过一个小型硅溶炉，其中间形成一层薄的硅晶，并向上提拉。过程是连续的，提拉出来的丝带状硅晶可切成小段，然后进一步加工成太阳能电池。这是小型硅熔炉实际情况，两片丝带状硅晶正在提拉中。提拉速度是每分钟约1英寸。将来提高产能的发展是可同时提拉多条硅晶带。
B.提升太阳能发电转换效率
另一项有效减低成本的方法便是改善太阳能电池的设计，继而提升太阳能发电的效率。例如中国尚德电力研究出了专利“PLUTO”技术。在2006年测试生产中，单晶硅太阳能电池的转换效率已达18%～19%，并可望于2008年达到20%，与实验室中的极限25%愈来愈近。然而，转换效率的提升如何帮助太阳能电池融入生活当中？作为最终使用太阳能发电技术的终端客户，要使太阳能发电系统安置到我们家中，最直接的方法是让我们消费者能够清楚计算出太阳能发电可替我们节省多少金钱。毕竟，能否节省金钱对消费者来说最容易理解，亦最有说服力！在此我们首先介绍还付期的计算，并从转换效率对还付期进行灵敏度分析去证明转换效率的重要性。“还付期”是指一个太阳能发电系统需要运作多少年时间，才能让节省下来的电费总和与整个系统的安装成本相等。方程式是这样的：
还付期=太阳能发电系统成本/每年节省的电费举个例子：美国加州旧金山某住宅的太阳能发电系统价格为16357美元，每年所节省的电费为1070美元。那么还付期大约是15年。由于目前已运作的太阳能发电系统中，太阳能电池转换效率普遍为15%，因此我们从15%的转换效率开始分析，如转换效率每增加1%，在其他条件保持不变的情况下，还付期会有怎样的改变呢？这代表当转换效率在增加的时候，还付期是会相对减少的。如果太阳能电池制造商能把转换效率由15%提升至化％，那还付期则可减少0.9年。所以中国尚德电力利用“PLUTO”技术把太阳能电池转换效率由15%增加至20%，那还付期便能由15年缩减至11.3年，下降达25%。如果转换效率由15%增强至30%，那么还付期会减少50%，从15年缩短至7.5年。如未来有技术突破，能把能量转换效率提升至50%，那么，还付期更能骤减至4.5年！根据研究所得，消费者一般可以接受3至5年的还付期。无可置疑，还付期的减少是吸引更多的消费者使用太阳能发电系统的关键。另一方面，利用光学技术也能提升转换效率至35%。我们将简略介绍这方面的技术。
在太阳能电池顶部加上菲涅尔透镜，将80%～90%的太阳光线聚焦于太阳能电池上，使每个太阳能电池能接受更多光能，而太阳能电池则使用了一种被称为“III-V化合物”的材料去增加转换效率。太阳能电池转换效率高达35%，相比普通太阳能电池转换效率增加了2倍。因为新增的透镜是普通光学玻璃，所以额外增加的成本是非常低的。这种技术可以有效地提升转换效率。然而，这技术亦有弊端，它不能使用分散的阳光，即是它要求光线垂直射于菲涅尔透镜上。为了使太阳能电池能持续并直接接受太阳光的照射，它需要一个机械跟踪系统使太阳能电池系统能调整到能与太阳精确对应的位置。这将增加整个系统的维修成本和造成额外的维修问题。另一方面，当太阳能电池在高能量光线下工作的时候，会产生高温，因此需要散热片去说明散热，但这额外装置将令成本进一步增加。同时，由于太阳能电池长时间在高温之下运作，令电池加速老化，对电池的可靠性造成问题，这将显著减低太阳能电池的寿命。所以说，没有更新的技术突破，提高太阳能发电转换效率是不容易的。
C.研发新技术
第一代太阳能电池技术是硅片型太阳能电池，如前所述，所需的能源和材料都很多。因为近年硅料的暂时短缺，迫使厂商利用其他可减少使用硅的技术，甚至是不用硅做原料的太阳能电池技术。因而我们开始使用第二代太阳能电池技术——薄膜技术。
a.薄膜太阳能电池
薄膜太阳能电池是在便宜的基板上（如廉价的玻璃、不锈钢或塑料）沉积一层可产生太阳能发电效应的薄膜，厚度只需数微米。目前薄膜太阳能电池从材料上可分为三类：硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池和染料敏化的光化学太阳能电池。其中又只有非晶硅（a-Si）、碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）已商业化。非晶硅（a-Si）是硅基薄膜电池，而碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒则是化合物半导体薄膜电池。非晶硅在众多薄膜技术中研究时间最长，市场占有率达64%，市场份额最大。在其余的两种化合物薄膜技术中，碲化镉有26%的市场份额并正在急剧增加。铜铟镓硒也占有10%的份额市场。但铟及碲是稀有金属，蕴藏量有限；镉是有毒物质，并且研究时问尚短，故采用这两种技术的电池制造商很少。
类型 2005年薄膜市场份额 特点
非晶硅（a-S） 64% 它的研究进行时间最长，可能是3个技术中最为人所能理解的材料，商业化的时间也是最长的。碲化镉（CdTe） 26% 虽然镉是有毒的，但其市场份额正在急剧增加。该产品商业化的时间也较长。铜铟镓硒（CIGS） 10% 在理论上是最具潜力的，转换效率也较髙，但现阶段技术掌握不足，因此开发商较少非晶硅是指硅原子的排列非常紊乱，它是以电浆式化学气相沉积法，在玻璃等的基板上成长厚度约1μm的非晶硅薄膜。它对于可见光谱的吸光能力很强，所以只需要薄薄的一层非晶硅就可以把光子的能量有效地吸收。第一代传统太阳能电池所用的晶圆厚度要200～300μm，非晶硅太阳能电池硅材料节省达200倍！可是非晶硅的太阳能发电转换效率非常低，只有6%～7%，而且长时间光照会令转换效率大幅降低，导致电池可靠性不高。不过，以多结式（Mulitjunction）结构为基础的太阳能电池可改善非晶硅太阳能电池的缺点。
如今，日本夏普就在制造多结式薄膜太阳能电池。夏普在传统迭式两层薄膜电池（一层非晶硅加上一层微晶硅）的基础上，成功开发了新的迭式三层薄膜电池（两层非晶硅加上一层微晶硅），并能大量生产。这新结构令薄膜电池的转换效率从11%增加到13%，模块转换效率从8.6%增加到10%。另一方面，碲化镉和铜钢镓硒并不是以硅作原材料，它们都是化合物半导体。碲化镉目前在实验室中的转换效率可达16%，而商业成品的转换效率大约是11%。但是因碲的天然蕴藏量有限，未必能支持太阳能电池的需求量。镉是各国管制的高污染性重金属，因此，该技术的发展受到限制。铜铟镓硒在实验室的转换效率亦很高，可达19%。但与碲一样，铟的天然蕴藏量也很有限。
薄膜技术不仅具有减少甚至不倚赖硅料的优点，而且不需要经过高耗能的提炼过程，亦可以减少能源的损耗。关于耗能，在太阳能发电产业中，很多时候都用EPBT（能源回收期，Energy Pay-Back Time）来量化制造太阳能电池所损耗的能源。EPBT的意思是，需要多少年的时间才可让该太阳能发电系统所产生的能量与制造该系统所消耗的能量相等。
太阳能电池技术 EPBT/年 系统生产能源比制造该系统所需能源/倍
单晶硅 2.7 10
多晶硅 2.2 12
丝带晶硅 1.7 16
碲化镉 1 27
如果各类电池所能生产的能源都是相同的，那么最短的能源回收期是碲化镉薄膜电池，为期1年。而最长则是单晶硅的能源回收期，为2.7年。第三列的数字代表该系统可产生的能源是制造该系统所需能源的多少倍。单晶硅的太阳能发电系统可生产的全部能量只是制造该系统所用能量的10倍；而碲化镉最高可达27倍。这代表制造碲化镉的能源消耗是最少的，而制造单晶硅的能源所需是最多的。这是因为，单晶硅在提炼硅料及提拉晶体时都要耗费大量能源。
薄膜技术还有其他好处，它能以卷动的形式生产大面积太阳能电池。如图3-12，薄膜技术以好像是打印的方式将感光材料沉积在大面积的塑料上，因而可生产大面积的太阳能电池，几乎可以满足任何形态的产品使用。如可在不锈钢上喷上薄膜；将之安装在汽车外壳；也可把薄膜涂在玻璃上，既作装饰，又能发电；更广泛的应用是把薄膜配搭在建筑物料上或将其预先融入建筑物料中。图3-13显示的是太阳能电池结合地面砖照明（MPV）。虽然它的太阳能转换效率远比第一代硅系太阳能电池低，基于薄膜太阳能电池的种种优点，仍有不少研究单位和厂商在进行新材料或生产流程的研发，期望能改善薄膜技术种种的缺点。无论如何，它的用途及灵活性足以使它成为未来太阳能发展的新方向。
b.第三代和第四代太阳能电池
第三代和第四代太阳能电池多在研究阶段，还未能够完全商业化。但第三代及第四代的太阳能电池的概念却非常清楚：把太阳能发电效应推广至更多材料中，使得太阳能发电不受原料限制，能将其融入社会不同阶层的生活中。
C.各大企业的技术取向
我们知道提升太阳能电池技术是产业本质，可大大帮助减低成本，实现太阳能发电的低价格化，使更多消费者愿意利用太阳能发电。但怎样达到提升技术的目标，各大企业却各显神通：业界的龙头日本夏普自行研发客户所需技术，例如BIPV，把薄膜技术融入到建筑材料里。德国Q-Cells着重从控制及并购其他公司而得到不同的技术，例如和瑞典Silbro AB合组公司取得铜铟镓硒薄膜技术。而中国尚德电力集中资源去提升太阳能电池转换效率：发展“PLUTO”专利技术，期望单晶硅的发电效率在2008年达至20%。各大企业的取向或许不一样，但殊途同归，都是为了提高太阳能电池技术，把太阳能发电成本降低，争取让太阳能发电融入生活。
二、整合供应链（ISC）
前面，我们谈过了太阳能发电产业的IPD，并得出这样的结论：技术改进是最重要的。但在太阳能发电产业里，除了技术的稳固，还需要供应链的灵活性以实践融入生活。整合供应链便是从整个供应链中选取最重要的步骤并加以管理，提高工作效率从而使企业得益.
人们利用太阳能研制出了哪些产品？
用途产品如下
光热利用
它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器（槽式、碟式和塔式）等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（800℃）。目 前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖（太阳房）、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。
发电利用
清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。
1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。
2、光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。
太阳能电池
【材料要求】耐紫外光线的辐射，透光率不下降。钢化玻璃作成的组件可以承受直径25毫米的冰球以23米/秒的速度撞击。
【装用的EVA胶膜固化后的性能要求】透光率大于90%；交联度大于65-85%；剥离强度（N/cm），玻璃/胶膜大于30；TPT/胶膜大于15；耐温性：高温85℃、低温－40℃；太阳电池的背面，耐老化、耐腐蚀、耐紫外线辐射、不透气等。
【用途】太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统，太阳能移动电源，太阳能应用产品，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。
太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源，受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示，2050年前太阳能光伏(PV)系统将最多为全球贡献16%的电力，来自太阳能发电厂的太阳能热力发电(STE)将提供11%的电力。
光化利用
这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。
光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。
植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。太阳能光化转换正在积极探索、研究中。
通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。巨型海藻。
燃油利用
欧盟从2011年6月开始，利用太阳光线提供的高温能量，以水和二氧化碳作为原材料，致力于“太阳能”燃油的研制生产。截止目前，研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产，其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准，无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。
研制设计的“太阳能”燃油原型机，主要由两大技术部分组成：第一部分利用集中式太阳光线聚集产生的高温能量，辅之ETH Zürich 自主知识产权的金属氧化物材料添加剂，在自行设计开发的太阳能高温反应器内将水和二氧化碳转化成合成气（Syngas），合成气的主要成分为氢气和一氧化碳；第二部分根据费-托原理（Fischer-Tropsch Principe），将余热的高温合成气转化成可商业化应用于市场的“太阳能”燃油成品。
太阳能的利用目前还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。
人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
建设太空太阳能发电站的设想早在1968年就有人提出，但直到最近人类才开始真正将之付诸行动。日本可谓此项目的先驱者之一，该项目预计耗资210亿美金，发电量能达到十亿瓦特，能供29.4万个家庭使用。在太空建太阳能发电站，无论气候如何，均可利用太阳能发电，这与在地球上建立太阳能发电站的情况不同。
我们为什么要了解全球太阳能产业的现状和发展前景
太阳能电池行业主要上市公司：目前国内太阳能电池制造行业的上市公司主要有通威股份(600438.SH)、隆基股份(601012.SH)、中利集团(002309.SZ)、晶澳科技(002459.SZ)、协鑫集成(002506.SZ)、东方日升(300118.SZ)、中来股份(300393.SZ)、航天机电(600151.SH)、亿晶光电(600537.SH)、爱旭股份(600732.SH)、天合光能(688599.SH)、拓日新能(002218.SZ)、爱康科技(002610.SZ)、亚玛顿(002623.SZ)等。
本文核心数据：太阳能电池专利申请数量、太阳能电池专利区域分布、太阳能电池申请人排名、专利市场价值
全文统计口径说明：1)搜索关键词：太阳能电池及与之相近似或相关关键词;2)搜索范围：标题、摘要和权利说明;3)筛选条件：简单同族申请去重、法律状态为实质审查、授权、PCT国际公布、PCT进入指定国(指定期)，简单同族申请去重是按照受理局进行统计。4)统计截止日期：2022年1月21日。5)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
1、全球太阳能电池行业专利申请概况
(1)技术周期：仍处于成长期
2010-2020年，全球太阳能电池行业专利申请人数量及专利申请量均呈现波动增长态势。虽然2020年全球太阳能电池行业专利申请人数量及专利申请量有所下降，但是这两大指标数量仍较多。整体来看，全球太阳能电池技术仍处于成长期。
注：当前技术领域生命周期所处阶段通过专利申请量与专利申请人数量随时间的推移而变化来分析。
(2)专利申请量及专利授权量：2020年专利数量及授权量均有所下降
2010-2019年全球太阳能电池行业专利申请数量呈现波动增长态势，2020年全球太阳能电池行业专利申请数量有所下降，为4892项。
在专利授权方面，2010-2018年全球太阳能电池行业专利授权数量波动增长，2019年开始出现下降趋势，2020年全球太阳能电池行业专利授权数量为2554项，授权比重为52.21%。
2021年，全球太阳能电池行业专利申请数量和专利授权数量分别为2604项和910项，授权比重为34.95%。截止2022年1月21日，全球太阳能电池行业专利申请数量为42787项。
注：①专利授权率表明申请的有效率以及最终获得授权的提交申请成功率。
②统计说明：如果2012年专利申请在2014年获得授权，授予的专利将在2012年专利申请中显示。
(3)专利法律状态：“有效”数量占比较大
目前，全球太阳能电池大多数专利处于“有效”状态，“有效”太阳能电池专利总量为33308项，占全球太阳能电池专利总量的78%。审中的太阳能电池专利数量和PCT制定期内的太阳能电池专利数量分别为9164项和315项，占全球太阳能电池专利总量的21%和1%左右。
(4)专利市场价值：总价值高达数十亿美元，3万美元以下专利数量较多
目前，全球太阳能电池行业专利总价值为49.56亿美元。其中，3万美元以下的太阳能电池专利申请数量最多，为23664项;其次是3万-30万美元的太阳能电池专利，合计专利申请量为12814项。3百万美元的太阳能电池专利申请数量最少，为1029项。
统计口径：按每组简单同族一个专利代表的去重规则进行统计，并选择同族中有专利价值的任意一件专利进行显示。
2、全球太阳能电池行业专利技术类型
(1)专利类型：发明专利占比高达71.57%
在专利类型方面，目前全球有30565项太阳能电池专利为发明专利，占全球太阳能电池专利申请数量最多，为71.57%。实用新型太阳能电池专利和外观设计型太阳能电池专利数量分别为9975和2168项，分别占全球太阳能电池专利申请数量的23.36%和5.08%。
(2)技术构成：第一大技术占比超过50%
从技术构成来看，目前“对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射，或微粒辐射敏感的，并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的，或者专门适用于通过这样的辐射进行电能控制的半导体器件;专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或设备;其零部件(H01L51/42优先;由形成在一共用衬底内或其上的多个固态组件，而不是辐射敏感元件与一个或多个电光源的结合所组成的器件入H01L27/00)〔2，6，8〕[2006.01]”的专利申请数量最多，为23763项，占前十大专利的54.81%。其次是“使用有机材料作有源部分或使用有机材料与其他材料的组合作有源部分的固态器件;专门适用于制造或处理这些器件或其部件的工艺方法或设备(由在一个公共衬底中或其上形成的多个组件组成的器件入H01L27/28;使用有机材料的热电器件入H01L35/00,H01L37/00;使用有机材料的压电、电致伸缩或磁致伸缩元件入H01L41/00)〔6，8〕[2006.01]”，专利申请量为4059项，占前十大专利申请量的9.36%。
(3)技术焦点：十大热门
全球太阳能电池前十大热门技术词包括太阳能电池、粘合剂、主成分、缓冲层、阳极层、半导体、气相沉积、均匀分布、发电系统和真空式。进一步细分来看，太阳能电池技术热门词包括云太阳能电池板、聚合物、电介质、层状结构等。具体情况如下：
注：旭日图内层关键词是从最近5000条专利中提取。外层的关键词是内层关键词的进一步分解。
(4)被引用次数TOP专利
“METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING A MAXIMUM POWER POINT OF PHOTOVOLTAIC
CELLS”(专利号：US7256566B2)和HIGH EFFICIENCY, MONOLITHIC MULTIJUNCTION SOLAR CELLS
CONTAINING LATTICE-MISMATCHED MATERIALS AND METHODS OF FORMING
SAME(专利号：US6951819B2)是被引用次数最多的两大太阳能电池专利，两者被引用次数分别为302次和297次。其它被引用次数前十大专利如下所示：
3、全球太阳能电池行业专利竞争情况
(1)技术来源国分布：中国占比最高
目前，全球太阳能电池第一大技术来源国为中国，我国太阳能电池专利申请量占全球太阳能电池专利总申请量的42.31%;其次是日本，日本太阳能电池专利申请量占全球太阳能电池专利总申请量的20.70%。韩国和美国分别排名第三和第四，占比也均超过10%。
统计说明：①按每件申请显示一个公开文本的去重规则进行统计，并选择公开日最新的文本计算。②按照专利优先权国家进行统计，若无优先权，则按照受理局国家计算。如果有多个优先权国家，则按照最早优先权国家计算。
(2)中国区域专利申请分布：江苏最多
中国方面，江苏为中国当前申请太阳能电池专利数量最多的省份，累计当前太阳能电池专利申请数量高达6661项。广东、浙江、北京和上海当前申请太阳能电池专利数量均超过1000项。中国当前申请省(市、自治区)太阳能电池专利数量排名前十的省份还有安徽、河北、四川、陕西和山东。
统计口径说明：按照专利申请人提交的地址统计。
(3)专利申请人竞争：LG电子株式会社夺得桂冠
全球太阳能电池行业专利申请数量TOP10申请人分别是LG电子株式会社、浙江爱旭太阳能科技有限公司、广东爱旭科技有限公司、松下知识产权经营株式会社、钟渊化学工业株式会社、苏州阿特斯阳光电力科技有限公司、夏普株式会社、阿特斯阳光电力集团股份有限公司、太阳电子公司和天合光能股份有限公司。
其中，LG电子株式会社太阳能电池专利申请数量最多，为932项。浙江爱旭太阳能科技有限公司排名第二，其太阳能电池专利申请数量也超过600项。
注：未剔除联合申请数量。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国太阳能电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。