多晶硅技術有瓶頸 太陽能發電短期難大用

    太陽能是最大的無污染可再生能源，它取之不盡，用之不竭，是今后人類能源利用的重點。但目前太陽能發電只占可再生能源5‰，居四大可再生能源的末位。這主要在于生產太陽能電池多晶硅的改良西門子法耗電量太大，而正在探索中的冶金物理法技術尚不成熟。這需要我國科技工作者加快研發步伐，以期在研制太陽能電池方面取得突破性進展。

太陽能基地電能輸送是難題

    太陽能是無污染的巨大能源。太陽每秒照射到地球上的能量相當于500億噸煤，比目前全人類的能耗量還大3.5萬倍。太陽內部的核聚變可以維持幾百億年，相對于人類的有限生存時間而言，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭。地球所接收的太陽能功率平均每平方米為1367瓦，但是地理位置不同造成我國東西部地區接收到的能量差異很大，同一地區同一日內不同時刻接收到的能量也不一樣。

    我國2/3的領土上年日照時間不小于2000小時。在我國西藏地區年日照時間可達2900～3400小時，年總輻射量達700～840kJ/cm2。

    西藏、青海、新疆地區總面積為358萬平方公里，日照充足，地廣人稀，具有大規模建設太陽能發電基地的良好條件。1平方公里約可以安裝100MW太陽能電池，如果利用1%的面積，則可安裝3.58萬個100MW太陽能電池。

    按年平均日照時間3000小時計，再考慮到一日內不同時刻接收到的能量差異，它們的年平均發電能力相當于全國水力發電的23倍，相當于全國火力發電的3.8倍，完全可以滿足到2020年全國電力的需求。

    青藏鐵路所經過的550公里高原凍土地帶，也正處在融化之中。如果在550公里的沿線兩側各30公里內都安裝太陽能電池，則可獲得3萬平方公里的太陽能生產基地，該基地所產生的電能可供給到2020年全國的需求。

    如何將太陽能電池所產生的低壓直流電輸送到中西部地區，按照常規的方法是將低壓直流電變成高壓交流電，并建立高壓輸電線輸送出去。但是，交流高壓輸電線的長度一般在500公里左右，即使是采用100kV的直流輸電線，其傳輸距離也在1000公里左右，要將青藏線太陽能基地的電能輸送到中東部地區幾乎是不可能的。

改良的西門子法耗電量過大

    國家發展和改革委員會副主任陳德銘表示，今后一個時期，我國可再生能源發展的重點是水能、生物質能、風能和太陽能。國家將加快可再生能源電力建設步伐，到2020年建成水力發電3億kW，風力發電3000萬kW，生物質能發電3000萬kW，太陽能發電180萬kW。

    太陽能發電能夠利用太陽如此豐富的能量，為什么在規劃的四種可再生能源發展重點中墜入可有可無的地位呢?這主要在于生產太陽能電池的多晶硅技術尚不成熟。

    目前生產多晶硅的企業一般都采用改良的西門子法。使用該方法1kW的太陽能電池約需10kg的多晶硅，需要消耗電能5800～6000度，耗電量是巨大的。即使電池能夠穩定使用20年，太陽能電池的電能再生比也不到8，這是比較低的。

    更何況太陽能電池板安裝在戶外，風沙、雨水、環境污染都會傷害電池板，影響太陽能發電系統的壽命。其半衰期尚不得而知，實際使用的太陽能發電系統是否能以開始時的高效率工作20年，目前還沒有任何保障。

    目前，有的公司提出要建成年產1.5萬噸的多晶硅基地，其耗電量將大于一個100萬kW火力發電站一年的發電總量，耗煤量將近300萬噸，約為萍鄉煤礦每年產煤量的一半，并且每年產生1100萬噸CO2，對環境造成極大污染。

    其實，改進的西門子法存在很大的缺陷，生產設備復雜，效率較低，而且投資巨大。目前德國自身利用其保密的西門子法，僅僅從高純的SiHCl3生成1kg的多晶硅，就需耗電150度。目前德國正在研究如何將150度的能耗降至80～90度。即使成功，也不能從根本上改變生產多晶硅耗電量大的致命缺陷。

冶金物理法尚不成熟

    為了降低能耗，目前國內外都在積極探索利用冶金物理法來生產太陽能級多晶硅。目前我國有企業和研究單位合作提出了“三步法”生產太陽能級多晶硅材料的方法。

    所謂“三步法”，第一步是利用硅石和炭在最佳的溫度下形成高純度的碳化硅;第二步是利用自蔓延高壓高溫引爆技術，排出碳和其他夾雜的稀有金屬，形成霧狀氣體排出，得到高純度的硅;第三步是利用混合氣體助燃，引爆表面化的硼和磷，可以得到99.9999%的高純硅。

    不過這并不能保證過濾后殘余的硼和磷是否小于1ppm。三步法并沒有形成多晶硅的工藝流程，這種方法僅僅制造出高純金屬硅，而不是多晶硅。

    太陽能是給予人類取之不盡用之不竭的綠色能源，光伏電池的核心是由多晶硅制成的PIN結光電變換器。光電子科技工作者一定要千方百計攻克難關，在研制太陽能電池方面取得突破性進展。