前言

自進入近代社會以來，人類主要依賴煤和石油作為能源而生存。隨著現代社會的經濟發展，人類對能源的需求迅速擴大，這就給現實社會了帶來兩大問題：能源危機——煤和石油儲藏量有限，取之有盡；環境污染——以煤、石油作為燃料排放的廢氣已經使人類的生存條件嚴重惡化，這兩大問題必然迫使人們將眼光投向綠色新能源的開發。現有能源主要有3種，即火電、水電和核電。火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面，化石燃料蘊藏量有限，越用越少，正面臨著枯竭的危險，據估計，全世界石油資源再有30年便將枯竭；另一方面，燃燒燃料將排出CO2 和硫的氧化物氣體，會導致溫室效應和酸雨，惡化地球環境，淹沒大量土地，有可能導致生態環境破壞，而且大型水庫一旦塌崩，后果將不堪設想。另外，一個國家的水力資源也是有限的，而且還要受季節的影響。核電在正常情況下固然是干凈的，但萬一發生核泄漏，后果同樣是可怕的，前蘇聯切爾諾貝利核電站事故，已使900萬人受到了不同程度的損害。新能源要同時符合兩個條件：一是蘊藏豐富不會枯竭；二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環境。目前新能源主要有兩種：一是太陽能，二是燃料電池。另外，風力發電也可算是輔助性的新能源。其中，最理想的新能源是太陽能。

從太陽能獲得電力，需要通過太陽能電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同，具有以下優點：①無枯竭危險；②絕對干凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源與四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

當前，世界各國都在積極提倡低碳生活，利用太陽能發電，加大對太陽能這一新能源的開發與應用，已成為世界各國政府的共識。西方發達國家不惜投入巨資研制太陽能發電產品，推廣太陽能發電的應用領域。所謂“低碳生活（low-carbon life）”，就是指生活作息時所耗用的能量要盡力減少，從而降低二氧化碳的排放量。低碳生活，對于我們普通人來說是一種態度，而不是能力，我們應該積極提倡并去實踐低碳生活，注意節電、節油、節氣，從點滴做起。“低碳經濟”的理想形態是充分發展“陽光經濟”、“風能經濟”、“氫能經濟”、“生物質能經濟”。但現階段太陽能發電的成本是煤電、水電的5～10倍，一些地區風能發電價格高于煤電、水電；作為二次能源的氫能，目前離利用風能、太陽能等清潔能源提取的商業化目標還很遠；以大量消耗糧食和油料為代價的生物燃料開發，在一定程度上引發了糧食、肉類、食用油價格的上漲。從世界范圍看，預計到2030 年太陽能發電也只能達到世界電力供應的10%，而全球已探明的石油、天然氣和煤炭儲量將分別在今后30、50 和100 年左右耗盡。因此，在“碳素燃料文明時代”向“太陽能文明時代”（風能、生物質能都是太陽能的轉換形態）過渡的未來幾十年里，“低碳經濟”、“低碳生活”的重要含義之一，就是節約化石能源的消耗，為新能源的普及利用提供時間保障。

從20 世紀70 年代開始，各國政府都投入了很大的力量來支持太陽能電池的發展。美國于1973 年率先制訂了政府光伏發電發展計劃，明確了近、中、遠期的發展戰略目標；日本從1974年開始執行“陽光計劃”，投資5 億美元，迅速發展成為世界太陽能電池的生產大國。自20世紀80年代以來，其他發達國家，如德國、英國、法國、意大利、西班牙、瑞士、芬蘭等，也紛紛制訂了光伏發展計劃，并投入了大量資金進行技術開發和加速工業化進程。20世紀80年代末至今，西方發達國家從環境和能源的可持續發展的角度出發，紛紛制定政策，鼓勵和支持光伏并網發電。隨著經濟的發展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求，尋找新能源已成為當前人類面臨的迫切課題。

我國于1958年開始研究太陽能電池，2001年全世界太陽能電池的產量達到350萬kW，我國太陽能電池的實際產量已達到4.5萬kW，按照2007年國家發改委發布的《中國可再生能源發展規劃》，計劃到2020年，光伏發電累計裝機容量達180萬kW，市場前景十分遠大。光伏行業在全世界的迅速發展也帶動了我國對光伏行業的重視，一大批知名專家學者學成歸國，我國在光伏技術上已達到國際領先水平。過去幾年也是我國光伏行業發展最快的時期，誕生了一批知名企業和上市公司，尤其以無錫尚德、南京中電、河北晶奧、浙江昱輝、常州天合、正泰集團等企業為代表。

根據浙江省發展和改革委員會發布的《浙江省硅材料及光伏產業發展總體思路》，到2010年浙江省的硅材料及光伏產業年銷售收入將突破1100億元，硅材料及光伏產業將成為全省新的經濟增長點和重要支柱產業，使浙江成為我國重要的硅材料及光伏產業基地。其中，年產高純硅料20000t，實現年銷售收入320億元；建成若干家多晶硅鑄錠和切片企業，年產多晶硅片2500t，實現年銷售收入470 億元；建設三條單晶硅片生產線，年銷售收入150億元；建成一批原材料、耗材、配套設備生產企業，實現年銷售收入40 億元，在良好市場的大環境下迅猛崛起。寧波太陽能、正泰太陽能、浙江向日葵、浙江樂葉光伏、萬向硅峰等企業已成為遠近聞名的光伏產業支柱企業。

當前，國內還沒有光伏技術方面的中職教材出版，為更好地使職業技術教育與社會實際用工需求和工作技術要求接軌，探索職業技術教學的新方法，提升光伏技術專業學生的操作技能和綜合素質，結合光伏產業的發展，以成熟的單晶硅和多晶硅為對象，結合學校的教學需求出發，我們編寫了本書。

本書在編寫過程中，浙江省衢州市教育局、衢州中等專業學校、浙江樂葉光伏有限公司及國家電網公司的領導給予了指導和大力幫助，在此表示衷心感謝。

本書的全部章節由浙江省衢州中等專業學校老師編寫完成，其中第一章由周利林老師編寫；第二章由徐宏芳老師編寫；第三章由徐斌老師編寫；第四章由徐憶老師編寫；第五章由寧小紅老師編寫；第六章由姜忠平老師編寫；第七章由楊勇華老師編寫，本書部分插圖由王振老師指導和設計。

光伏技術是一門新興的學科，它的發展潛力十分巨大。新技術、新工藝在不斷涌現，教學理念和教學方法也在不斷發展，由于時間倉促，加上編者的水平有限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

編者

2010年6月