作者：Bruce Flickinger

      在太阳能/光电(PV)市场中运营的公司正面临着一个通常所谓的好问题：如何满足对其产品日益增长的需求。几十年来，来自公共部门和私营部门的，对太阳能衍生能源的需求一直在稳步增长。虽然世界各地发电量可以满足它们的需求，但是挑战来源于如何高成本效益地使用它们。太阳能公司正在着手解决这个问题，从半导体制造业的阴影下走出来，取得它们自身的蓬勃发展，并在材料和制造技术上带来必要的进步。|||数据证明，这一现象正在加速。Solarbuzz是一家位于德国Aachen的太阳能市场调研公司。该公司的数据显示，2006年全球太阳能行业在厂房和设备上投入了28亿美元，增加了548MW的发电量，使全世界的太阳能发电量达到了2204MW，相比于前年，有了33%的巨大增长。太阳能销售额(设备和安装)在2006年已经达到了106亿美元。并且到2011年为止，可能会增长到180亿美元和310亿美元之间。

      这一增长大部分发生在欧洲，而德国是主动力。2006年，德国的网格连接PV市场增长了16%，达到了960 MW，占全球市场的55%。而去年，西班牙和美国则成了增长最强劲的国家，相比于2006年，西班牙市场增长超过200%，美国市场增长33%。

      Applied Materials Solar Business Group公司位于加利福尼亚州Santa Clara，它的大约一半的雇员都在欧洲，其中的40%左右在德国。charles Gay是该公司的副总裁和总经理。他说，“业界广泛认为，太阳能的市场、生产制造和设备主要还是在德国。它现在是太阳能产业的温床。”

      和Applied Materials公司一样，许多公司，从小型研发团体到世界上最大的材料和技术供应商，都投入到了太阳能的开发当中。他们的共同目标是在未来3年里使太阳能电池更有效、更持久，同时降低40%到50%的制造成本。几大主要厂商认为这是关键的试金石。

      制造业日趋成熟

      尽管太阳能发电有充足的来源，是一个可靠、可再生的能源，但是目前它的生产成本还是过高。目前的PV技术主要是从半导体制造中借来的技术，以及一些在半导体行业不符合规格的材料，并已具有稳步创新的特点。该产业显然还处于成型时期。但是观察家说，该产业未来的特点将是更激进的创新，特别是在制造和设备上，同时由于更高质量的硅或替代材料的使用，将会使每瓦的价格处于一个可以接受的水平。

      要做到这一点，在PV产品开发的各个阶段，从材料和设备的概念，到系统的开发和制造，都需要进行有针对性的改进。位于首都华盛顿的太阳能产业协会Solar Energy Industries Association (SEIA)的Noah Kaye指出两个关键的地方：“在制造过程中，需要确定制造工艺，以改善材料性能；需要改进诊断技术，以确认太阳能电池材料在生产过程中的性能和质量。”

      另一项要求是PV薄膜和组件的真正在线，高通量处理。目前的线路涉及机械工具连接，不是很灵活；先进的制造技术，如智能自动化，计算机集成制造，制造执行系统(MES)，维修计划，以及物流和复杂的在制品(work in process, WIP)，正在被逐步采用。

      

      位于德国斯图加特的M+W Zander FE被认为处于趋势的前沿，正在设计大型PV生产设施，并有望明年能拥有一个产能达到1 GWP的硅基工厂。“我们将这类综合的gigawatt(十亿瓦特)厂称为Gigafab，”Robert Gattereder的常务董事说，“它包括切片，单元制造，模组组装，可以采用三个平行的生产线来实现。对于薄膜部分，Gigafab将会在2011年左右实现，会采用4个并行的生产线。”

      Gattereder说，关键的挑战是提高制造业的成本效益，特别是通过减少设备数量，这样可以减少工厂的占地面积，并允许更有效地对供应和处理系统进行布置。大规模生产也意味着“绿色”环保的生产，三个发电厂“可以提供所有他们自己需求的能源，包括电力，蒸汽，热水和冷冻水”。总的来说，“通过大规模生产，可以节省大约25%的初始投资成本”。|||

      虽然材料和工艺设备的要求在提高，并且环境污染也受到较大的关注，但是在关键点的控制上，太阳能电池/模组制造普遍比集成电路还是要宽松得多。现在，太阳能电池制造厂的环境条件有点类似于典型的办公区间。

      有两个潜在的污染源制造商必须加以控制：用来清洁玻璃表面的水和洗涤剂，以及用来在表面起到沉积作用的高纯度原料气体。Gay说，“玻璃处理和清洗的自动化是优化工厂工作流程的一个重要考虑”。

      自动化、大规模制造的另一个好处是，有能力生产大型的集成模组。这些模组包含了必要的电线和电路；反过来说，小型面板则需要用线在区域空间内连接到一起。“市场急需这些大型的模组，无论是在商业大厦还是太阳能农场，”Applied Materials的Gay说，“安装大型模组可以显著地降低成本，因为它可以减少区域空间的布线以及硬件安装(包括面板装配)。”

      

      Applied Materials现在已经能够将薄膜应用于车库门大小的玻璃基板。而在五六年前，Gay说，业界所能生产的最大面板只有大约10平方英尺。“太阳能所需要的生产线已经上升到了今天的规模，例如，每个新的生产线都有50 MW一年的产量。”他说。

      这需要通过产品成本度量来完成。而产品成本度量又是由减少电池的厚度，和增加面板的表面积的相互影响来推动的。

      优化效率

      基于PV的太阳能电池可以直接将太阳光转化为电能。它们采用半导体材料制成，特别是硅。当这些材料吸收了阳光后，太阳能会激发电子从它们的原子中松脱出来，形成电流通过材料，从而产生电力。将光能转化成电能的过程被称为光伏效应。

      SEIA表示，业界的平均电池效率(电池将光转化成能量的能力)一直在以0.1个百分点的速率在稳步增长。同时，一些处于平均水平之上的重大突破也正在进行中。Kaye说，基于水晶硅基的太阳能产品的平均转换效率一般在15%左右；市场上效率最高的面板，来自SunPower公司，效率约在22%左右。SunPower公司总部设在美国加利福尼亚州的圣何塞。

      Kaye补充说，Delaware大学的研究人员承诺DARPA，将会制造出具有50%转换效率的高效电池。他们最近采用横向光学集中系统，使效率达到了42.8%。该系统使太阳光分别进入高、中、低能量回收站，并引导它们走向电池中的各种光敏感材料，以覆盖太阳光谱。

      尽管如此，Gay和其他人都认为，虽然太阳能的效率显然是一个备受关注的问题，但是，到目前为止，最重要的问题依然是每瓦的成本问题。

       “效率是一个很好的度量项，但并不是第一位的度量项。”Gay说，“在发展中国家，太阳能电池板可能可以为整个家庭提供电力，用户可以采用大面积的低效的面板，但是，在德国这样的国家，你会想让屋顶提供尽可能多的电量。”

      “最后，是关于面板的价格：用户正在为安装整个系统的花费寻找最佳的投资回报率。”Gay说。

      薄膜比单晶硅要来得便宜，效率大约只有单晶硅的一半左右，但是，它们可以应用于那些空间有限，容纳几何形状不规则的场合，同时薄膜还可以应用在串联多层材料中，响应不同频率的太阳光谱。