多晶硅技術(shù)有瓶頸 太陽(yáng)能發(fā)電短期難大用

　　太陽(yáng)能是最大的無(wú)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(diǎn)。但目前太陽(yáng)能發(fā)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(chǎn)太陽(yáng)能電池多晶硅的改良西門(mén)子法耗電量太大，而正在探索中的冶金物理法技術(shù)尚不成熟。這需要我國(guó)科技工作者加快研發(fā)步伐，以期在研制太陽(yáng)能電池方面取得突破性進(jìn)展。

　　太陽(yáng)能基地電能輸送是難題

　　太陽(yáng)能是無(wú)污染的巨大能源。太陽(yáng)每秒照射到地球上的能量相當(dāng)于500億噸煤，比目前全人類的能耗量還大3.5萬(wàn)倍。太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變可以維持幾百億年，相對(duì)于人類的有限生存時(shí)間而言，太陽(yáng)能可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。地球所接收的太陽(yáng)能功率平均每平方米為1367瓦，但是地理位置不同造成我國(guó)東西部地區(qū)接收到的能量差異很大，同一地區(qū)同一日內(nèi)不同時(shí)刻接收到的能量也不一樣。

　　我國(guó)2/3的領(lǐng)土上年日照時(shí)間不小于2000小時(shí)。在我國(guó)西藏地區(qū)年日照時(shí)間可達(dá)2900～3400小時(shí)，年總輻射量達(dá)700～840kJ/cm2。

　　西藏、青海、新疆地區(qū)總面積為358萬(wàn)平方公里，日照充足，地廣人稀，具有大規(guī)模建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電基地的良好條件。1平方公里約可以安裝100MW太陽(yáng)能電池，如果利用1%的面積，則可安裝3.58萬(wàn)個(gè)100MW太陽(yáng)能電池。

　　按年平均日照時(shí)間3000小時(shí)計(jì)，再考慮到一日內(nèi)不同時(shí)刻接收到的能量差異，它們的年平均發(fā)電能力相當(dāng)于全國(guó)水力發(fā)電的23倍，相當(dāng)于全國(guó)火力發(fā)電的3.8倍，完全可以滿足到2020年全國(guó)電力的需求。

　　青藏鐵路所經(jīng)過(guò)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(cè)各30公里內(nèi)都安裝太陽(yáng)能電池，則可獲得3萬(wàn)平方公里的太陽(yáng)能生產(chǎn)基地，該基地所產(chǎn)生的電能可供給到2020年全國(guó)的需求。

　　如何將太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的低壓直流電輸送到中西部地區(qū)，按照常規(guī)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(zhǎng)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(yáng)能基地的電能輸送到中東部地區(qū)幾乎是不可能的。

　　改良的西門(mén)子法耗電量過(guò)大

　　國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)副主任陳德銘表示，今后一個(gè)時(shí)期，我國(guó)可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)是水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能和太陽(yáng)能。國(guó)家將加快可再生能源電力建設(shè)步伐，到2020年建成水力發(fā)電3億kW，風(fēng)力發(fā)電3000萬(wàn)kW，生物質(zhì)能發(fā)電3000萬(wàn)kW，太陽(yáng)能發(fā)電180萬(wàn)kW。

　　太陽(yáng)能發(fā)電能夠利用太陽(yáng)如此豐富的能量，為什么在規(guī)劃的四種可再生能源發(fā)展重點(diǎn)中墜入可有可無(wú)的地位呢?這主要在于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的多晶硅技術(shù)尚不成熟。

　　目前生產(chǎn)多晶硅的企業(yè)一般都采用改良的西門(mén)子法。使用該方法1kW的太陽(yáng)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(wěn)定使用20年，太陽(yáng)能電池的電能再生比也不到8，這是比較低的。

　　更何況太陽(yáng)能電池板安裝在戶外，風(fēng)沙、雨水、環(huán)境污染都會(huì)傷害電池板，影響太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的壽命。其半衰期尚不得而知，實(shí)際使用的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是否能以開(kāi)始時(shí)的高效率工作20年，目前還沒(méi)有任何保障。

　　目前，有的公司提出要建成年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸的多晶硅基地，其耗電量將大于一個(gè)100萬(wàn)kW火力發(fā)電站一年的發(fā)電總量，耗煤量將近300萬(wàn)噸，約為萍鄉(xiāng)煤礦每年產(chǎn)煤量的一半，并且每年產(chǎn)生1100萬(wàn)噸CO2，對(duì)環(huán)境造成極大污染。

　　其實(shí)，改進(jìn)的西門(mén)子法存在很大的缺陷，生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，效率較低，而且投資巨大。目前德國(guó)自身利用其保密的西門(mén)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(guó)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(chǎn)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(guó)內(nèi)外都在積極探索利用冶金物理法來(lái)生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。目前我國(guó)有企業(yè)和研究單位合作提出了“三步法”生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)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(shù)，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(guò)這并不能保證過(guò)濾后殘余的硼和磷是否小于1ppm。三步法并沒(méi)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(yáng)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(jié)光電變換器。光電子科技工作者一定要千方百計(jì)攻克難關(guān)，在研制太陽(yáng)能電池方面取得突破性進(jìn)展。