摘 要 如今太阳能电池的应用越来越广泛，简单可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池以及多元化合物太阳能电池，其中晶体硅太阳能电池最为常见。但是在晶体硅太阳能电池产生的过程当中，产生了许多对环境不友好的污染物，例如含氟废水，四氯化硅。所以，研究新型的环境友好型太阳能电池是十分有意义的。 

　　关键词 晶体硅太阳能电池；含氟污水；新型太阳能电池 

　　随着社会的不断进步和发展，煤炭、石油等不可再生能源储备大幅度减少，寻找和开发新能源成为当前人类面临的重要问题，不可再生能源在使用过程中对环境的影响也引起人们的重视。可燃冰等开采难度较大的能源能否大规模采集应用也还是未知数。因此，作为未来人类发展的能源保障，新能源行业正迅速的发展起来。新能源是指在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。如核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。其中太阳能在使用过程中无污染、资源广泛，符合当今世界环境保护和可持续发展的要求和趋势。也因太阳能的存在范围很广，所以正大范围的出现在人们的生活中，像是太阳能热水器，太阳能电池等。DisplaySearch的太阳能产业研究报告中指出，从2008年1月至2009年7月，世界各地将安装大约114亿瓦容量的太阳能电池。1998年在维也纳第二届全球光伏技术大会上，会议主席施密特教授指出：“光伏将在21世纪上半纪取代原子能而成为全球能源，唯一的问题是2030年还是2050年最终实现”。正如施密特教授的预言的一样，太阳能世纪已经到来。 

　　单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室中的最高的转换效率为24.7%，工厂大规模生产效率为15%。在大规模应用和工业生产中占据主导地位，原料硅来源丰富，但是单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。用作太阳能电池的不是普通的硅，而是纯度为99.9999%的硅。硅的提纯工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中超过了1/2。另外，现如今中国对其的冶炼能源多为煤炭，且用改良西门子法提纯硅时会产生大量的硅氯化合物，若是处理不当，会造成很大的环境污染。 

　　多晶硅薄膜太阳能电池一般采用气相沉积法制备。它所使用的硅远比单晶硅少，也没有效率衰退的问题，并且可以利用廉价底料制备，成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。因此多晶硅电池制备不久将成为薄膜太阳能中发展速度快的方法。但是，多晶硅太阳能电池的使用寿命相比于单晶硅太阳能电池短些。 

　　2.3 非晶硅太阳能电池 

　　非晶硅太阳能电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，消耗的硅材料少，用点更低，它的主要优点是弱光条件也能发电。它的成本低、重量轻、转换效率较高，有利于大规模生产。但由于材料引发的光电效率衰退效应，是其稳定性不高，转换效率国际先进水平为10%，如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池将会成为太阳能电池的主要发展产品。 

　　为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池，以解决硅电池的环境污染问题。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟镓硒薄膜电池。 

　　太阳能电池生产的大量应用，不仅给人们带来了经济效益，同时也有许多环境问题的产生。在硅太阳能电池的生产过程，一些废水，废气和废渣的产生是不可避免的，其中以废水成分最复杂，危害严重。 

　　硅太阳能电池生产中在腐蚀清洗、去磷硅玻璃和石英管清洗等工艺过程中须使用氢氧化钾、IPA 、硫酸、铬酸、氢氟酸、盐酸等化学试剂，相应的产生含IPA 的废液、废水以及含氟废液废水、含铬废水。硅太阳能电池的生产过程如下所述。 

　　1）清洗：清洗步骤主要是为了去除硅片上的污物。 

　　2）制绒：单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成许多的四面方锥体结构。使其入射光在表面进行多次反射和折射，增加光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。 

　　3）扩散：磷的扩散是在硅片表层掺入纯杂质原子的过程。 

　　4）刻蚀、去PSG ：把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，用化学腐蚀的方法，产生化学反应，生成可溶性的络和物：六氟硅酸，用来去除扩散制结后在硅片表面形成的磷硅玻璃。 

　　5）等离子化学气相沉积（PECVD）：目的是对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用的技术是等离子刻蚀技术。其方法是在低压状态下，反应气体分子在射频功率的激发下，电离，产生等离子体。 

　　6）丝网印刷：采用压印的方式将预先设定好的图画印刷在基板上。 

　　7）烧结：使用高温合金方法，让印刷上的金属电极与硅片之间的连接更加牢固。 

　　8）测试、包装、入库：测试电池片的性能指标，合格则包装入库。 

　　硅料生产中，废水主要来自于多晶硅废水、切片废水和有机硅废水。在生产过程中需要对含硅原料用HF、铬酸、HNO3、HCl等强酸进行适当的腐蚀，由此产生大量的含氟酸碱废水。这些过程中产生的废水pH较值低， 而且含有一定量的悬浮颗粒。再者，其水量、水质的变化幅度大，处理难度也相应比较大。而如今国内对于其废水的处理技术还远远达不到环境友好的标准，而在废水处理的过程中也无形的提高了晶体硅电池的生产成本。 

　　硅料生产还产生废气，废渣，现太阳能电池原材料为多晶硅，由金属硅提纯而来，目前国内均采用化学法（改良的西门子法），在这其中污染最严重的，是在还原过程中产生的副产品，四氯化硅（一种腐蚀性极强、很难保存的有毒液体，急毒性。且四氯化硅不能自然降解，如果将四氯化硅埋在地下或者河中，水体将会受到严重污染，土地将会荒废，寸草不生）。上述这些还不包括大量氯气等其它易燃易爆有毒气体。 

　　由上述晶体硅太阳能电池的生产工艺来讲，硅料生产过程中的污水，废气，废渣，虽说已经有了较为成熟的处理工艺，但是还是不够理想，对环境造成的伤害还是高于标准。因此想要生产出高效、低成本、对环境友好、无污染的硅电池的难度非常大。几乎是不可能实现的。为了寻找单晶硅电池的替代品，除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，还应该研发新型的，无硅的太阳能电池。因此，新型的太阳能电池的研发就显得非常重要。 

　　在发展经济的同时不能破坏我们的生存环境。对于现在的技术水平来说，生产出无污染的晶体硅太阳能电池并非是一朝一夕便能实现的，而且其生产与废水处理技术也趋近于成熟，可提升的空间并不大。因此，研发一种新型的太阳能电池是非常有必要的。 

　　[1]程姣，石凯，李应华.半导体厂舍氟废水处理工程改造[J].中国给水排水.2008，24（6）：28-30.