本文总览：
- 1、请问太阳能的原理是什么？要很详细，很专业的答案！
- 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、北京到二连浩特飞机什么时候能起飞
- 4、下图是我国某地区太阳年辐射总量分布图。读图完成下列各题。 小题1:若图中等值线等差值为300,则图中AB两
- 5、钙钛矿中缺陷研究取得新进展，新一代太阳能电池将离市场更近！
请问太阳能的原理是什么？要很详细，很专业的答案！
认识太阳能电池
太阳能电池系一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片, 它只要一照到光, 瞬间就可输出电压及电流. 而此种太阳能光电池 (Solar cell)简称为太阳能电池,或太阳电池(在台湾的早期翻译书籍上直接引用日文中的汉字,其实不是battery而是cell), 又可称为太阳能晶片. 在中国大陆称为硅晶片,因为中文"硅"是 矽的古字, 矽为现代译音字. 在物理学上称为 光生伏打(Photovoltaic),简称PV(photo=light光线,voltaics=electricity电力).
矽(silicon)为目前通用的太阳能电池之原料代表, 而在市场上又区分为: 1.单结晶矽 2.多结晶矽 3.非结晶矽. 而目 前市场应用上大多为单晶矽及非晶矽两大类, 原因是：一.单晶效率最高. 二.非晶价格最便宜, 且无需封装, 生产也最快. 三.多晶的切割及下游再加工 较不易, 而前述两种都较易於再切割及加工.
太阳能电池的发电能源来自於光的波长,太阳光是一种全域波长, 而白炽灯的波长与日光灯的波长不同, 太阳能电池以阳 光或白炽灯之波长为较适用, 而太阳能电子计算机上的太阳能电池是属於 "室内型的非晶" 如果长期拿到户外曝晒,且串并联为较大电压及电流时,将导致其内部连结组织烧断而损坏,这是过去有人因错用材料(以为太阳能电池只有一种), 却误以为所有的太阳能电池都不实用的原因.
太阳能制造厂商将太阳能电池称为cell,国内业者则惯称晶片,把晶片(或依设计所需要的电流进行晶片切割后)焊上箔条导线再将许多焊好的晶片用箔条串联成一组,再和EVA,tedlar与低铁质强化玻璃层层叠叠,一同放入层压机(laminate)的机台上做真空封装, 制成module(plane / panel)称之为模组或称太阳能板,将若干太阳能板组成方阵(列阵array),接配上过充放保护控制(controller)及深(循环)放电蓄电池(铅钙) 以及逆转流器(inverter直流转变为交流)合称为太阳能电力系统,又称太阳能发电站.
一般太阳能光电商品,其太阳能输出电流如果在300毫安(mA)以下时,都只会在太阳能板正极输出端,接装一个负载极微小的防逆二极体 (schottky diode消基二极体)以防止蓄电池内的电流逆流回到太阳能板,如此就可以接上蓄电池使用.
太阳能板的规格除了外形尺寸之外,另有一些特性数据,其中 Voc=开路电压, Isc=短路电流, Vmp(Vop)=最大工作电压, Imp(Iop)= 最大工作电流, Vmp x Imp= W瓦 / (最大)功率.在太阳能商品说明书上所看到的数据均以100mW / cm2(即无云晴天中午的照度12万LUX) 及摄氏温度25度,为测试条件(各地气候不同,一天中符合如此条件的机会很少).所以实际上的应用数据是达不到商品型录上所号称那麼高的.
太阳能电池的功能系以其转换效率作为分等, 以单结晶矽来说: 商业级 (印刷式) 晶片从11%~15%, 特殊定制品从15%~17%, 太空级 (蒸镀式) 晶片从16%~24%, 当然效率愈高其价格就愈贵,较高效率的晶片要预付款排队订购但不一定买得到, 在澳洲1996年世界太阳能车竞赛前,Honda就将效率达24%的晶片全部契约买断,而21%~23%也被其他集团 高价包下,目前地面用太空级晶片只有效率17%~19%的晶片较有机会买得到,但要预约排到6~10个月之后.
值得一提的是：经过几年来世界太阳能车3000公里竞赛的经验,发现唯有太空式晶片,才能经得起长途跋涉的颠簸震动(焊接点不易脱落),这就是以焊接来说:蒸镀式晶片与印刷式晶片在移动环境(车用)使用下的效果差异. 换句话说:固定式(静止)的太阳能电池 模组,可以采用较便宜的印刷式晶片. 但以当今现有的焊接科技而言,在移动(震动)的环境下使用太阳能电池时,目前还是以太空级(蒸镀式)的太阳能电池较为可靠.
贰 . 单晶太阳能电池的生产介绍
拉晶：主原料为二氧化矽, 在拉晶炉中成长成晶柱.
修角：早期制造太阳能电池的晶柱因无修角, 直接将圆晶柱切片, 所以成品为圆形晶片 现在大多先将晶柱修角成近似四方柱形.
切片：用切片机将修成近似四方柱形的晶柱, 一片片的切成薄片(像切 方形火腿片),一般切到约0.4~0.5mm的厚度.
刻蚀:化学刻蚀及抛光成为0.3mm的薄片(wafer).
清洗：用纯水将薄片洗净.
扩散及银浆印刷：经由扩散炉处理后,制成N型上层及P型下层, 再将晶片表面及背面分别用银 浆印刷成输出电路, 一般表面为负极, 背面为正极, 经由摹拟阳光仪作功率检测及品管分级后,即为商业成品.
蒸镀：如将表面及背面不经过丝网印刷, 而改采光刻及坩锅蒸镀式制造抗反射层与表面的输出导线, 再加上其他特殊技术, 如此可提高太阳能电池的转换效率. 但坩锅的容纳有限生产量较少, 蒸镀耗时生产速度较慢, 其成本及售价将提高许多; 太空式单晶片即采用此法. (制造常规商业级的薄片电阻约0.5 ~3欧姆,有些太空式的薄片电阻需低於0.01欧姆以下---马丁格林电池E~24%,澳洲)
参 . 三种市场上流通的太阳能电池
单结晶矽太阳电池
SINGLECRYSTAL
多结晶矽太阳电池
POLYCRYSTAL
非结晶矽太阳电池
AMORPHOUS
目前,在美国的一位华裔李姓科学家,采用 铜铟亚盐酸(copper indium diselenide)制成新的太阳能电池, 其转换效率与结晶矽太阳能电池相当,而价格与重量却下降了许多.(但是,距上市可能还要一段时间)
另外,德国 ISE 以矽粉制成较低价的："结晶薄膜太阳能电池"
商业市场的明日之星
单晶薄膜太阳能电池 .太阳能电池实用化的最重要的问题,就是要开发出性能与价格比"能更高的晶片"，实际上太阳能电池成份中参与光电转换的,仅是半导体表面上几微米的薄薄一层。目前科学家们已经能成功的利用外延生长技术制成p－n结合，与传统晶片材料中的p－n结合相比,面积减少了很多倍。用此种p－n结合制作积体电路时可大量减小寄生电容与基片和布线间的电容，较利於高速化,又组件之间的间隔减少，也利於高密度化,组件之间没有相互影响，更便於设计和布置。有了这些特点更加符合大型积体电路的高速度、与高密度的要求。
目前最常用也是最成功的制成技术,是采用热分解SiH4气体的气相沈积法，在蓝宝石上沈积得到单晶矽薄膜,拜研究IC业界努力之赐,单晶薄膜太阳能电池搭此便车,将会加快商品化,及早问世.
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.
北京到二连浩特飞机什么时候能起飞
北京到二连浩特飞机什么时候能起飞北京到二连浩特飞机的话一般都是中午12点进行起飞的，因为中午都12点的话，那你的太阳时间是最恶劣的，所以就会给飞机增加动能，所以飞机比较顺利起飞，所以北京到二连浩特飞机都是中午12点起飞的。
下图是我国某地区太阳年辐射总量分布图。读图完成下列各题。 小题1:若图中等值线等差值为300,则图中AB两
小题1:A
小题2:C
试题分析：
小题1:根据我国太阳能的分布规律分析，A地太阳年辐射总量应该比B地高（青藏高原地区最高）；AB之间相隔三条等值线，其差值应在两到四个等差值之间，即600～1200，所以AB两地太阳年辐射总量差值最可能是A地比B地大1000。故选A。
小题2:影响太阳能的主要因素有：正午太阳高度、昼夜长短、大气透明度、海拔高度等。阴雨天气多太阳能应该低，A错；与图中同纬度其它地区比，正午太阳高度应该相同，BD错；A地区与图中同纬度其它地区太阳能资源丰富的主要原因是可能是位于背风坡河谷地带，晴天多。故选C。
钙钛矿中缺陷研究取得新进展，新一代太阳能电池将离市场更近！
导读
背景
1839年，德国矿物学家古斯塔夫·罗斯（Gustav Rose）站在俄罗斯中部的乌拉尔山脉上，拾起一块以前从未被发现的矿物。
那时，他并没有听说过“晶体管”或“二极管”，也没想到电子器件会成为我们日常生活的一部分。更出乎他意料的是，他手中的这块被他以俄罗斯地质学家 Lev Perovski 的名字命名为“钙钛矿（perovskite）”的这块矿石，会成为彻底变革电子器件的关键因素之一。
钙钛矿如此重要的地位，离不开它特殊的结构。钙钛矿材料结构式一般为ABX3，其中A为有机阳离子, B为金属离子, X为卤素基团。该结构中, 金属B原子位于立方晶胞体心处, 卤素X原子位于立方体面心, 有机阳离子A位于立方体顶点位置。
钙钛矿结构稳定，有利于缺陷的扩散迁移，具备许多特殊的物理化学特性，例如电催化性、吸光性等。
过去十年，钙钛矿因为制造起来更便宜、更绿色，效率可与硅太阳能电池相媲美，逐渐成为硅太阳能电池的替代品。
然而，钙钛矿仍会表现出明显的性能损耗以及不稳定性。迄今为止，大多数的研究集中在消除这些损耗的方法，然而真正的物理原因仍然是未知的。
创新
近日，在一篇发表在《自然（Nature）》期刊上的论文中，来自剑桥大学化学工程与生物技术系以及卡文迪许实验室 Sam Stranks 博士的研究小组，以及日本冲绳科学技术大学院大学 Keshav Dani 教授的飞秒光谱学单位的研究人员们，找到了问题的根源。他们的发现，将使得提升钙钛矿的效率变得更容易，从而使它们离大规模量产更近。
技术
当光线照射钙钛矿太阳能电池时，或者当电流通过钙钛矿LED时，电子被激发，跳跃到更高的能态。带负电荷的电子留下了空白，也称为“空穴”，它带正电荷。受激发的电子与空穴都可以通过钙钛矿材料，因此可成为载流子。
但是，在钙钛矿中会产生一种称为“深阱”的特定类型缺陷，带电的载流子会陷入其中。这些被困的电子与空穴重新结合，它们的能量以热量形式丧失，而不是转化为有用电力或者光线，这样就会显著降低太阳能面板和LED的效率以及稳定性。
迄今为止，我们对于这些陷阱知道得很少，部分原因是，它们似乎与传统太阳能电池材料中的陷阱表现得大相径庭。
2015年，Stranks 博士的研究小组发表了一篇研究钙钛矿发光的《科学（Science）》期刊论文，这篇论文揭示了钙钛矿在吸收光线或者发射光线方面有多擅长。Stranks 博士表示：“我们发现，这种材料非常不均匀；相当大的区域是明亮且发光的，而其他的区域则非常黑暗。这些黑暗区域与太阳能电池或者LED中的能量损耗相关。但是，引起这种能量损耗的原因一直是个谜，特别是由于钙钛矿在其他方面非常耐缺陷。”
由于标准成像技术的限制，研究小组无法说明黑暗区域是由一个大的陷阱位引起的，还是由众多小的陷阱位引起的，从而难以确定它们为什么只是在特定区域形成。
后来在2017年，Dani 教授在 OIST 的研究小组在《自然纳米技术（Nature Nanotechnology）》期刊上发表了一篇论文，在论文中他们制作了一个有关电子吸收光线后在半导体中如何表现的影片。Dani 教授表示：“在材料或者器件被照射光线之后，如果你可以观察到电荷是如何在其中移动的，那么你将从中学会很多。例如，你可以观察到电荷会落入陷阱。然而，因为电荷移动得非常快，以一千万亿分之一秒的时间尺度来衡量；并且穿越非常短的距离，以十亿分之一米的长度尺度来衡量；所以这些电荷难以进行可视化观测。”
在了解到 Dani 教授的工作之后，Stranks 博士伸出援手，看看他们是否可以一起合作应对这个问题，对钙钛矿中的黑暗区域进行可视化观测。
OIST 的团队首次对钙钛矿使用了一项称为“光激发电子显微镜（PEEM）”的技术。他们用紫外光探测材料，并用发射的电子形成一幅图像。
观察材料时，他们发现含有陷阱的黑暗区域，长度大约是10到100纳米，由较小的原子尺寸陷阱位聚集而成。这些陷阱簇在钙钛矿材料中分布不均，从而解释了 Stranks 较早的研究中观察到的非均匀发光。
有趣的是，当研究人员将陷阱位的图像覆盖到显示钙钛矿材料晶粒的图像上时，他们发现陷阱簇仅在特定的地方形成，即某些晶粒之间的边界上。
为了理解这种现象为什么只发生在特定晶粒的边界上，研究人员小组与剑桥大学材料科学与冶金系教授 Paul Midgley 的团队合作，他采用了一项称为“扫描电子衍射”的技术，创造出了钙钛矿晶体结构的详细图像。Midgley 教授的团队利用了位于金刚石光源同步加速器 ePSIC 设施中的电子显微镜装置，该设施拥有用于成像像钙钛矿这样的光束敏感材料的专用设备。
Stranks 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Tiarnan Doherty 表示：“因为这些材料是超级光束敏感的，你在这些长度尺度上用来探测局部晶体结构的一般技术，实际上会相当快地改变你正在观察的材料。取而代之的是，我们可以用非常低的照射剂量，从而防止损伤。”
“我们从 OIST 的工作中知道了陷阱簇的位置，并且我们在 ePSIC 围绕着同一块区域扫描，以观察局部结构。我们能够快速地查明晶体结构中陷阱位附近的意外变化。”
研究小组发现，陷阱簇只在材料中具有轻微扭曲结构的区域与具有原始结构的区域的结合处形成。
Stranks 博士表示：“在钙钛矿中，我们拥有这些规则的马赛克晶粒材料，这些晶粒大多数都是又好又崭新的，这是我们所希望的结构。但是，每隔一段时间，你就会得到一个稍微形变的晶粒，这个晶粒的化学成分是不均匀的。真正有意思的，也是一开始让我们困惑的，就是形变的晶粒并没有成为陷阱，而是这个晶粒遇到原始晶粒的地方；陷阱是在那个结合处形成的。”
通过对于陷阱本性的理解，OIST 的团队也采用了定制的 PEEM 仪器来可视化观测钙钛矿材料中载流子落入陷阱的动态过程。Dani 研究小组的博士生、这项研究的共同领导作者 Andrew Winchester 解释道：“这是可能的，因为 PEEM 的特征之一就是，可对超高速的过程进行成像，短至飞秒。我们发现，陷落的过程受到扩散到陷阱簇的载流子的控制。”
价值
这些发现代表了为了把钙钛矿带向太阳能市场所取得的一项重要突破。
Stranks 博士表示：“我们仍然无法准确地知道，为什么陷阱聚集在那里，但是我们现在知道它们确实在那里形成，并且只有那里。这非常令人振奋，因为这意味着我们现在可以知道如何有针对性地提升钙钛矿的性能。我们需要针对这些非均匀相，或者以某种方式去除这些结合处。”
Dani 教授表示：“载流子必须首先扩散到陷阱，这一事实也为改善这些器件提出了其他方案。也许，我们可以改变或者控制这些陷阱簇的排列，而无需改变它们的平均数，这样一来，载流子就不太可能到达这些缺陷部位。”
团队的研究集中在一种特殊的钙钛矿结构。科学家们也将研究这些陷阱簇是否在所有的钙钛矿材料中都是普遍存在的。
Stranks 博士表示：“器件性能的大部分进展都是经过反复试错的，然而目前为止，这一直是一个低效率的过程。迄今为止，这个过程还没有真正被‘理解特定原因以及系统性针对该原因’所驱动。它是这方面最重要的突破之一，将帮助我们采用基础科学来设计更高效的器件。”
关键字
参考资料
【1】Liu, M.Z., Johnston, M.B. and Snaith, H.J. (2013) Efficient Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells by vaPour Deposition. Nature, 501, 395-398.
【2】Tiarnan A. S. Doherty, Andrew J. Winchester, Stuart Macpherson, Duncan N. Johnstone, Vivek Pareek, Elizabeth M. Tennyson, Sofiia Kosar, Felix U. Kosasih, Miguel Anaya, Mojtaba Abdi-Jalebi, Zahra Andaji-Garmaroudi, E Laine Wong, Julien Madéo, Yu-Hsien Chiang, Ji-Sang Park, Young-Kwang Jung, Christopher E. Petoukhoff, Giorgio Divitini, Michael K. L. Man, Caterina Ducati, Aron Walsh, Paul A. Midgley, Keshav M. Dani, Samuel D. Stranks. Performance-limiting nanoscale trap clusters at grain junctions in halide perovskites . Nature, 2020; 580 (7803): 360 DOI: 10.1038/s41586-020-2184-1
【3】