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汶川重生：一座城市的十年蝶变沧桑巨变十年间，映秀花开引客来。从成都出发，沿高速到汶川映秀，只要一个半小时车程。穿过镇口正在建设的城市应急体验中心抵达镇上，视野会突然开朗：一排排沿岷江河畔而建的三层小洋楼整齐排列，主干道东莞大道两旁的餐馆、民宿生意红火。近日，记者走访新汶川发现：汶川水磨镇禅寿老街上游客如织，独具羌族特色的碉楼、绿水青山环绕的环境吸引了附近不少自驾游客；自此向北，在县城附近的高半山上，漫山的樱桃己挂满枝头，再过不久，这一当地百姓的“致富果”，将通过各类电商平台从汶川发往全国各地在巨灾中挺立，在毁灭中新生。从地震后的百废待兴，到如今年接待游客数百万人次，背后，是一座城市十年来的涅_重生。户户有商铺、家家搞旅游“我们每天要炸40多斤酥肉，卖上百碗豆花”。临近午饭点，是博爱新村饭店老板杨云刚和妻子最忙碌的时候。今年，他家多聘请了一名厨师，装修了两个包问，扩大了经营规模。“来映秀的人多了，做饭店生意自然能成。”杨云刚说。如今的日子，是杨云刚从来没想到过的。地震时，杨云刚家里的房屋垮了，所幸家人平安无事。援建的新房竣工后，一家人搬回了映秀镇，随后，夫妇俩用一楼门面开起了饭店，杨云刚说，饭店取名博爱，就是时刻提醒自己，不忘大家的恩情。在映秀，迈入新生活的，不只是杨云刚一家人。在镇上的东莞大道两旁，分布着大量的餐馆、旅社、商铺，如今“户户有商铺、家家搞旅游”已成为小镇特色。映秀是2008年汶川特大地震的震源地，地震把昔日秀美繁华的小镇几乎夷为平地。重建完成后，映秀转向发展旅游，不少居民用援建房屋做起了旅游经营，镇上陆续开起了几十家民宿、餐馆，当地居民不再像从前一样外出务工挣钱，大多留在本地做起了小生意。十年间，在汶川的各个地方，“重生”故事不计其数。在映秀镇西南方向，从前烟囱耸立、空气污浊的工业重镇水磨如今山清水秀、游人如织；在海拔1970米的雁门乡萝卜寨，自驾游车辆如长龙般地来回穿梭在山谷间近年来，依托交通、生态环境等优势，汶川县深入实施全域旅游，以“康养游”为代表的旅游业逐渐兴起。据介绍，2017年，汶川县全年接待游客600.15万人次，旅游综合收入达到27.0254亿元，老百姓更是借助重建发展的时机，唱响了旅游致富经。“大家看中的是水磨的环境，这里依山傍水，是避暑休闲度假的好地方。”水磨镇彭家沟农庄的负责人殷建说。地震前，他在镇上经营一家采砂场，从2010年开始，看着镇上人气越来越旺，殷建开始瞄准了旅游业。2015年，殷建和几个合伙人投资建设了农庄，农庄除了普通住房，还有几间山间木屋，每到节假日基本是爆满。今年，殷建盘算着对农庄继续扩建，推出更高端的山顶木屋、户外拓展培训、露营等项目。殷建说，和他一样，大家都看好水磨的旅游发展，好多人都把自家房屋改成了农家客栈。截至目前，汶川先后打造了包括映秀地震遗址、三江生态风景旅游区、水磨古镇在内的lJ"5A级汶川特别旅游区，包括绵_、威州、龙溪在内的4个4A级旅游区和包括克枯、雁门等10余个集休闲、餐饮、观赏为一体的旅游村庄，农家休闲屋、旅游精品线路也得到大规模开发。要让老百姓看到希望从地震后的百废待兴到如今年接待游客数百万人次，背后是一个城市十年来的艰难转型和重生。在地震中，汶川全县房屋大量倒塌损坏，基础设施大面积损毁，工农业生产遭受重大损失，累计直接经济损失达624亿元。“这里离震中只有2.3公里，办公楼基本都没有了，生产也中断了。”阿坝铝厂副厂长王庆_说，阿坝铝厂是汶川乃至阿坝州工业中最大的制造企业，在地震中损失惨重。和阿坝铝厂一样，汶川一共有276家工矿企业在地震中受灾。地震前，汶川的工业产值占整个阿坝州70%以上，是当地名副其实的工业强县，地震使汶川工业遭受毁灭性打击，直接经济损失达139.1亿元。2008年6月11日，国务院办公厅印发《汶川地震灾后恢复重建对口支援方案》，安排广东省对口援建汶川。很快，广东援建工作组进驻汶川，进行对口支援，经过750多个日夜的艰苦奋战，重建任务全面完成。科学重建为灾区经济社会全面发展振兴打下坚实基础，重建完成后，后续如何发展振兴，实现产业“造血”，是当时汶川面临的艰巨任务。很快，这一难题就摆在了时任汶川县委副书记的张通荣面前。“地震造成县域内基本农田、工业园区、旅游景区和基础设施严重损毁，原有的产业体系受到致命打击，产业发展环境恶化，经济发展受到严重影响。”张通荣说，在重建之时，汶川多地已不适合再发展原有产业，产业结构亟需调整。以此为契机，汶川对工业布局进行重新调整，淘汰落后产能、引进先进产能，大力推进工业转型升级，调整水磨、漩口和桃关工业园区布局，将大多数高耗能、污染大的工业硅、电石企业全部外迁建设。_此同时，当地政府还引导老百姓从原来的传统产业转移到现代服务业。“比如原来他是种植粮食，后来我们引导他们种植一些高产值的作物比如樱桃，我们要让老百姓看到希望。”张通荣说。汶川县工业园区管委会主任何毅全程亲历、见证了当年的灾后产业重建。“大家没日没夜地加班，争分夺秒地做调查、定规划。”何毅说，那时起，汶川拉开了全面转型大幕，引导电石、冶炼等传统产业向新材料、新能源等新型工业转型，将高耗能生产企业向高载能、高附加值产业链延伸。震后的汶川，以最快的速度恢复了生产的同时，转型的效果开始逐渐显现。2010年，全县190户受灾企业复产，11家企业入驻漩口新型工业集中区，工业增加值大幅增长。仅“十二五”期间，汶川就淘汰生产落后工艺3户，淘汰落后设备5户，共获得奖励资金1022.29万元。目前，汶川县工业园有规模以上工业企业21家，去年总产值达到83.24亿元。来源：畅谈

单晶硅太阳能发电

前绪——行情回顾

2019年末纯碱期货上市，在2021年走出了波澜壮阔的行情。具体来看，2019年国内纯碱市场呈下行态势，纯碱厂家利润明显萎缩，四季度传统生产旺季，检修厂家减少，纯碱产量明显增加。但轻碱下游需求疲软，加之放水冷修浮法线增多，纯碱市场开启深跌模式。2020年上半年市场下行为主，春节后碱厂的复工复产进程明显快于下游用户，同时海外疫情爆发，出口订单大幅萎缩，供需矛盾凸显，纯碱厂家库存持续攀升，市场价格快速下移，6月份纯碱价格创十年新低，纯碱行业普遍亏损。三季度减量检修企业增加，下游浮法、光伏玻璃产能扩张，造成短期供需错配。2021年纯碱市场价格上涨为主。纯碱新增产能有限，部分产能淘汰，总产能同比减少，浮法及光伏玻璃产能扩张，对重碱用量增加，价格持续上涨。7-8月检修高峰，货紧价扬，涨幅有所扩大。9月双控叠加检修，货源供应减量，厂家惜售封单，价格明显上调。10月煤炭带动下，限电品种悉数回落，纯碱不断累库。2022年初受到稳增长预期影响，纯碱整体供给压力不大，叠加玻璃补库需求带来纯碱的一波上涨。

一、纯碱简介

纯碱概念

纯碱，又名苏打，主要成分为碳酸钠（Na2CO3）。碳酸钠常温下为白色无气味的粉末或颗粒，有吸水性，露置在空气中逐渐吸收水分形成结块。碳酸钠易溶于水和甘油，每100克水中可溶解49.7克碳酸钠。碳酸钠属于钠盐，水溶液呈碱性（pH=11.6），有一定的腐蚀性，高温下可分解生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中会吸收水分及二氧化碳，生成碳酸氢钠（小苏打NaHCO3）。碳酸钠可分别与酸、盐、碱发生化学反应：与酸反应生成氯化钠和碳酸，不稳定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水；与钙盐、钡盐反应可生成沉淀和新的钠盐；与氢氧化钙、氢氧化钡等碱反应生成沉淀和氢氧化钠，工业上会用这种反应制备烧碱（氢氧化钠），俗称苛化法。

根据密度的不同，纯碱主要分为轻质纯碱（简称轻碱）和重质纯碱（简称重碱），主要是物理形态不同：轻碱密度为500-600kg/m3，呈白色结晶粉末状；重碱密度为1000-1200kg/m3，呈白色细小颗粒状。与轻碱相比，重碱具有坚实、颗粒大、密度高、吸湿低、不易结块、不易飞扬、流动性好等特点。根据用途不同，纯碱可分为工业纯碱和食用纯碱。根据氯化物含量的不同，纯碱可分为普通碱、低盐碱、超低盐碱、特殊低盐碱。普通碱氯化钠的质量分数≤1.20%；低盐碱氯化钠的质量分数≤0.90%；超低盐碱氯化钠的质量分数≤0.70%；特殊低盐碱氯化钠的质量分数≤0.30%。

二、纯碱工艺与成本

纯碱生产工艺介绍

纯碱的生产工艺主要有联碱法、氨碱法、天然碱法和ADC发泡剂联产法，2020年四种生产工艺产能占比分别为48.8%、45.2%、5.1%和0.9%，其主要产成品是轻碱和重碱，轻碱通过水合法或挤压法可得到重碱。

资料来源：公开数据整理，美尔雅期货

天然碱法的原料主要是天然碱矿，生产工艺简单，成本低。目前全世界发现天然碱矿的只有美国、中国、土耳其、墨西哥等少数国家，其中美国、土耳其和中国是主要的天然碱法生产国。我国天然碱法生产主要集中在河南和内蒙古。

氨碱法原料主要是原盐和石灰石，通过氨盐水吸收二氧化碳得到碳酸氢钠（小苏打），再将碳酸氢钠煅烧，得到轻碱，转化之后得到重碱。氨碱法主要优点是产品质量高、可以生产低盐碱、适合大规模连续生产、副产品氨循环利用，缺点在于产品单一、原盐利用率低、废液废渣污染环境等。

联碱法也称侯氏制碱法，在氨碱法工艺基础上改进而来，其上游主要是原盐与合成氨，通过与氨厂进行“一次加盐、两次吸氨、一次碳化”联合循环生产，利用氨厂NH3和CO2同时生产出纯碱和氯化铵两种产品。联碱法克服了氨碱法的缺点，原盐利用率大幅提升，无需石灰石和焦炭（煤），节约了燃料、原料、能源和运输费用，同时避免了大量废渣和废液的排放，其副产品氯化铵还可用于氮素化学肥料、电池制造、电镀和印染等。

纯碱的生产成本

国内纯碱企业主要包含以下六项成本费用：

（1）原料及主要材料费用：原盐和石灰石作为原料，二氧化碳和合成氨作为辅助材料。

（2）燃料及动力费用：包括电、蒸汽、重油、天然气、动力煤等费用。

（3）工资及福利费：纯碱生产管理等人员的工资以及福利费用。

（4）车间经费：指车间正常生产耗用的各种材料费用，包含了固定资产的折旧费、修理费以及其他杂费。

（5）联、副产品扣除费：纯碱生产过程中需要扣除的所产联产品、副产品费用。

（6）企业管理费：指企业为管理和组织全厂生产所发生的各项费用。

氨碱法生产成本：目前我国氨碱法每吨纯碱的生产成本一般在1250-1800元。其中原材料（原盐和石灰石）采购成本约占总成本的40-50%，煤炭占总成本的30-35%，制造成本合计在90%以上，其余费用占比不到10%。

联碱法生产成本：联碱法产出纯碱的同时以1:1.0-1.2的比例产出氯化铵。通常以纯碱产量为基础，先算出联碱法“双吨”总成本，再按比例扣除氯化铵费用，得出纯碱成本。目前我国联碱法“双吨”成本在2100-2500元，纯碱成本占双吨成本的75%-80%，因此联碱法生产纯碱的成本一般在1500-2000元/吨。

天然碱法生产成本：我国天然碱法每吨纯碱生产成本在1300-1400元。成本包含二氧化碳、煤炭、天然碱矿采矿费用、矿产资源补偿费、生产添加催化剂、人工成本、设备损耗、环保设施等一系列固定成本。

三、纯碱供给

纯碱产能与产量

全球纯碱产能主要集中在东北亚、北美及欧洲区域，其中中国是全球最大的纯碱生产国，产能占到全球纯碱总产能的40%左右。美国、土耳其的纯碱生产以天然碱法为主，成本优势明显，而国内天然碱占比仅有5%左右。国内的纯碱产能主要分布在华北、华中和华东地区。其中江苏、河南、青海、山东、河北是中国主要的纯碱生产省份，其中江苏占比17.5%、河南占比16%、青海占比15.1%。

我国纯碱工业始于1917年天津永利碱厂的创办，1953年开始实行“五年计划”之后，我国纯碱产能与产量持续发展，生产工艺从联碱为主，到联碱法、氨碱法、天然碱法并重。90年代初，我国结束了长期依靠进口的局面，逐步成为纯碱净出口国。自2003年起，我国纯碱产能和产量位居世界第一，2016年供给侧改革产能增速放缓，2021年达到历史高点。截至2021年，我国纯碱产能为3405万吨，产量为2913万吨。

我国共有41家纯碱生产企业。其中采用联碱法生产的企业共有25家，大部分企业的产能在60-120万吨，主要分布在江苏、河南、湖北、四川和重庆。采用氨碱法生产的企业有12家，大部分企业的产能高于100万吨，主要分布在青海、江苏和山东。采用天然碱法生产的企业有3家，其中2家位于河南，1家位于内蒙古。ADC发泡剂联产法仅有宁夏日盛1家。

我国纯碱行业产能较为集中，其中100万吨以上（包含100万吨）生产厂家有13家，这13家厂家累计产能2120万吨，占比在63.9%；产能在60万-90万吨之间的厂家有12家，累计产能790万吨，占比在23.8%；60万吨以下产能生产厂家16家，累计产能407万吨，占比仅有12.3%。我国纯碱行业现有的大型生产集团主要有唐山三友、中国盐业、金山化工和远兴能源四家，占全国总产能的比例分别为10.3%、11.8%，9.9%和5.1%，合计超过35%。

从新增产能角度上看，2022年计划投放的产能大概在140万吨，但江苏德邦以及金山化工的共100万吨的产能投放在12月，实际产出量预计在2023年一季度，也就是2022年新增投产有限，另外内蒙古博源银根化工（远兴能源收购）的天然碱投放预计在2023年产出，因此2022年预计纯碱的新增投产压力不大。

开工与检修

从季节性角度上看，纯碱同其他化工品类似，每年的11月到来年的1月属于开工率较高的时间，这阶段纯碱的月度产量将是年内最高时期。由于纯碱生产属于放热反应，检修一般安排在夏季或是下游停工较多、需求不旺的春节期间。氨碱法大修通常耗时7-10天，每隔1-2年进行一次大规模停修。联碱法大修后重启需要依次重启两套循环设备（氯化铵及纯碱），通常耗时10-20天，相比氨碱法，联碱法检修耗时更长，联碱企业每年会进行一次大规模的停修。天然碱法生产工艺简单，每年检修一次，耗时10天左右。从库存角度上看，如其他化工品类似，春节前累库，节后3月左右开始去库，2020年由于疫情影响，使得去库的时间延后。2022年纯碱在3月左右预计同样开始去库。

四、纯碱需求

纯碱是重要的基础化工原料，广泛用于建材、化工、冶金、纺织、食品、国防、医药等领域。在建材领域，纯碱作为平板玻璃的主要原料之一；在化工领域，纯碱广泛用于制造硅酸钠（泡花碱、水玻璃）、碳酸氢钠（小苏打）、氟化钠、重铬酸盐等产品；在冶金领域，纯碱作为冶炼助溶剂、选矿浮选剂以及炼钢的脱硫剂等；在纺织领域，纯碱充当纺织物生产过程中的软水剂；在食品加工领域，纯碱可作为面食添加剂起到中和剂、膨松剂、缓冲剂、面团改良剂作用，也可作为辅助添加剂应用于味精、酱油的生产。此外，纯碱也广泛应用于环保脱硫、医药制品、制革、造纸等，高端纯碱还可用于显像管玻壳和光学玻璃制造。

在中国纯碱应用领域，食用纯碱占4%，惯犯应用于食品行业，属于；工业用碱占96%，作为生产过程中的原材料或辅助剂。在工业生产中，纯碱广泛应用于平板玻璃、无机盐、日用玻璃、洗涤剂和印染等行业。纯碱下游行业在轻、重碱使用方面有明确的要求，很少出现轻、重碱混用的现象。纯碱的下游行业中，平板玻璃行业是重碱最主要的消费者，日用玻璃、无机盐、洗涤等行业则主要消费轻碱，日用玻璃领域主要使用重碱，少部分企业采用一定量重碱。

平板玻璃

平板玻璃主要采用的重碱，按照生产成本来计算，一吨玻璃平均需要0.2吨的重碱。2015年以来，平板玻璃对纯碱的年需求量始终保持在1000万吨以上。近几年浮法玻璃产能呈小幅增长态势，2016年受房地产市场回暖提振，供需环境好转，行业利润上升明显，2017-2018年浮法玻璃产能增速保持高位。环保因素造成2019年沙河部分产线停产，浮法玻璃产能增速降至低位。。2020年平板玻璃行业消费重碱1162万吨，同比增长2.6%。2021年平板玻璃产业整体利润尚可，开工属于近几年高位，产量超过10亿重量箱。

日用玻璃

日用玻璃包括瓶罐玻璃、器皿玻璃、艺术玻璃、仪器玻璃、医药用玻璃、保温瓶玻璃、电光源与照明玻璃等。近年来，我国日用玻璃对轻碱的需求量稳中有升。除2015年因环保因素导致日用玻璃企业产量下降，引发纯碱需求下滑外，其余年份行业对纯碱需求量均有所增长。

目前，我国日用玻璃行业正经历由高速增长阶段向高质量发展阶段的转变。与发达国家相比，日用玻璃在我国居民日常生活中的应用场景仍偏少，我国日用玻璃平均价格仍偏低。随着居民消费水平的提升和消费结构的升级，未来，日用玻璃行业仍呈现长期向好的发展势头。从市场格局来看，由于我国日用玻璃行业具有准入壁垒、技术壁垒、市场壁垒、资金壁垒及品牌壁垒等，虽然我国日用玻璃行业从业企业数量众多，但以中小规模企业为主，其产品多以低档系列为主，且客户来源缺乏稳定性，很大程度依靠低廉的价格占据市场空间，使得行业集中度偏低。

光伏玻璃

2016-2020年中国光伏玻璃产能逐年增长，2020年光伏玻璃产能增速明显。据统计，当前全国光伏玻璃在产生产线共计231条，2021年4季度以来暂无新产能投放，点火延期较多。2021年3月后光伏玻璃价格出现大幅下行，叠加“双碳”背景下地方政府能耗指标或有收紧趋向，当前不能排除后续产线延期投产可能，2022年产能投放进度需持续观察。总体看，考虑到今明两年光伏玻璃拟投产新产能量较大，后期投产的增速或有下滑。

其他需求

全国氧化铝产量在2019年下降后再次恢复增长，2021年达近年来最高值。2021年全国氧化铝产量为7747.5万吨，同比增长5%。国内氧化铝产量前十省市分别为山东省、山西省、河南省、广西区、贵州省、重庆市、云南省、内蒙古、四川省、江西省。氧化铝生产工艺中“烧结法”选用轻碱作原料，“拜耳法”选用烧碱作原料。目前国内氧化铝行业主要采取拜耳法生产，仅山西、重庆部分装置维持两种方法共存。近年氧化铝轻碱需求保持增长势头，主要原因是烧碱价格涨幅较大，为降低成本，部分装置由拜耳法改为烧结法。但考虑到烧结法制取工艺难以发展壮大，氧化铝对于纯碱的需求增长空间较有限。

合成洗涤剂形态有粉剂、液体、固体或膏体等，是由表面活性剂和各种助剂、辅助剂配制而成的一种洗涤用品。数据显示，2021年我国合成洗涤剂产量达1037.7万吨，同比减少6.4%。近年来，我国洗涤剂行业发展迅速，应用范围涉及日化、洗涤、农药、纺织、石油等多个领域，并持续扩展到更多新技术领域内，未来洗涤剂行业对纯碱的需求量仍将保持在较为稳定的水平。

硅酸钠用途非常广泛，遍及国民经济各个部门。工业硅酸钠分为二类：液体硅酸钠主要用于制造黏结剂、填充料、化工原料、防腐剂和助剂等；固体硅酸钠则主要用途是制造液体硅酸钠。业内将液体硅酸钠称为水玻璃，将固体硅酸钠称为泡花碱。土木工程中一般使用钠水玻璃。

五、纯碱的进出口以及贸易格局

纯碱的进出口

我国是纯碱净出口国。2010年以来，我国纯碱年平均净出口量为152.4万吨，其中，年平均出口量为165.2万吨，年平均进口量只有12.8万吨。我国纯碱主要出口到韩国、印度尼西亚、尼日利亚、越南、菲律宾、孟加拉国、泰国、马来西亚等国家。纯碱出口港主要以南京港、青岛港、天津港、济南港为主，这4个港口出口量占95%以上。我国纯碱主要进口国有美国、土耳其，进口量波动主要受国内外纯碱价差影响。出口贸易量占全球纯碱贸易量的12%左右，出口仅作为阶段性调节国内市场供需平衡的手段。

国内贸易格局

中国纯碱行业销售模式分别是直销、代销和经销。直销是纯碱销售最常采用的方式，纯碱厂家直接与下游进行交易，多要求直销客户“押款”，这样保证了纯碱销售与采购的稳定性，同时降低了沟通成本。代销是指纯碱厂家将自己一定比例的货源交由贸易商，代销贸易商不做库存，不承担价格波动风险。经销是指国内经营多个化工品种的化工贸易企业同时经销多个品牌的纯碱，批发拿货，根据市场行情进行库存管理，自负盈亏。目前轻碱多以代销或经销方式为主，直销为辅；重碱因需求量大且集中，多采用直销方式。

国内纯碱的主产区和主销区并不一致。国内主要净调出省市5个，分别为青海、江苏、河南、山东、重庆，调出纯碱总量1300万吨左右；净调入省市19个，排名前五的是广东、安徽、福建、浙江、湖南，调入纯碱总量600万吨左右。青海、河南的纯碱调出地位明显；而受行业产能新增限制的影响，广东、福建、广西和东北仍将是国内纯碱的主要输入地。

“旧貌换新颜”的硅？

在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。 从工业化发展来看，重心由单晶向多晶硅和薄膜方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。 （1）单晶硅太阳能电池

目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。

（2）多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

（3）非晶硅太阳能电池(薄膜式太阳电池)

非晶硅太阳电池是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，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。

（4）多元化合物太阳电池

多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：

a) 硫化镉太阳能电池

b) 砷化镓太阳能电池

c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池)

Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料，具有梯度能带间隙（导带与价带之间的能级差）多元的半导体材料，可以扩大太阳能吸收光谱范围，进而提高光电转化效率。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为18％，而且，此类薄膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰退效应（SWE），其光电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%，在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。

这样可以么？

“旧硅”的瓶颈

硅是一种很重要的物质，以致于人们用它的名字命名了一个山谷——硅谷。但这对硅来说不足为奇，因为在今天，人类高度发达的科技就是以硅为基础的。

硅属于半导体材料，导电能力介于金属和绝缘体之间。在一个电脑芯片中，施加一个很小的电压就可以使硅在导电状态和绝缘状态之间切换，产生二进制“0”和“1”的数字信息，进而可以完成逻辑操作。这种对电流的控制，加上高稳定性和高可靠性，使硅材料在电子行业中称霸了60多年。不论是智能手机，还是心脏起搏器，其中的芯片全都是用硅做成的，而新兴的太阳能产业也将硅视为主要材料，因为它能将光转化成电。

硅的需求量是如此之大，以至于你可能会产生一种错觉，误以为硅的上述特性是独一无二的，而实际情况并非完全如此。例如，锗也是常见的半导体材料，此外，还有砷化镓、磷化镓、硫化镉、硫化锌等各种半导体材料。硅之所以能有今天的江湖地位，这主要归功于它的数量，而不是性能。作为地球上储量第二丰富的元素，硅的低成本让人类非常“受用”。

但硅的原子结构限制了它传导电子的能力，人类对其电学性能的利用已经达到峰值了。现在，一个顶级的高端芯片上可以集成50亿个晶体管，这些晶体管是控制电流开关的基本单位。这已经接近了可以集成度的上限。如果尝试加入更多的晶体管，硅材料的缺陷所产生的热量都会降低芯片的效率，这就是处理器速度在过去十年内停滞不前的主要原因。如果电子设备想要做得更快、更便宜和更紧凑，我们现今所知的硅恐怕就要被拒之门外了。

在太阳能电池方面，硅的前景其实也并不太好。硅不是很善于吸收光线，因为它是间接带隙半导体材料（半导体分为直接带隙半导体和间接带隙半导体，前者可以直接进行光电转换，后者需要借助于声子，也就是借助晶格振动的能量才可以进行光电转换），其结果就是，传统的硅太阳能电池效率非常低。

替代品在哪？

为了取得实质性的突破，许多被视为可以替代硅的元素和化合物被提了出来。对于电脑芯片的材料，有人提出用石墨烯来代替硅，这种材料比钢还坚韧，而且电子在其表面的运输速度远胜过硅，但是石墨烯很难量产，而且它缺少一种最关键的特性——带隙。带隙使半导体设备可以关闭，执行“合乎逻辑”的操作。所以，就逻辑应用来说，石墨烯可以说没有一丝希望。而对于太阳能电池的新材料，人们尝试了一些直接带隙的化合物，比如碲化镉、砷化镓，但这些材料或者含有珍稀昂贵的元素，或者含有剧毒重金属，对环境会造成很大的破坏。

试来试去，科学家们找不到非常完美的替代品，他们回过头来有一个新想法：也许，解决问题还需要从硅身上做文章。毕竟硅是无毒量多的成熟材料，人们早已为之配备了大量工业设施，只要我们能够将它变成拥有其他材料最佳特性的“新硅”就好了。事实证明，这种转变在科学上是可能的。一种元素可以根据其原子排列方式的不同而变的很不一样，比如石墨烯，它就是碳元素的二维晶格，原子排列方式变化了，相同的原子又可以变成耀眼的钻石。

直接带隙的Si24

一些科学家已经在实施这种想法了，比如华盛顿卡内基研究所的提摩西·斯特罗贝尔。2014年，他和同事宣布制造出一种新型硅——Si24，它仅仅通过原子紧缩就可以变成直接带隙。

其实，Si24的发现只是一个偶然事件。斯特罗贝尔和同事将硅和钠压缩在一起，做成了闪亮的蓝色晶体Na4Si24，然后想测一下这种化合物晶体的电阻。测量电阻就需要用胶把电极粘到晶体上，这一过程需要加热。斯特罗贝尔发现，加热到40℃时，晶体中的钠离子就开始逃离，晶体的电学特性也会变化。这是一个意想不到的结果，通常硅的化合物会形成笼子状的晶格，较小的钠离子会被困在Si的晶格中振动，在很高温度下也无法逃脱。但是Na4Si24不形成笼子晶格，而是形成走廊状的晶格，当温度上升时，钠离子很容易滑出来。当加热到100℃的时候，每1000个原子中钠的含量已经不超过一个，温度再提高一些，一个真正的新型硅——Si24就做成了。

虽然本质上讲，Si24仍然算是间接带隙半导体，但仅仅施加一个小小的应力，比如把它挤压2%，就可使电子直接跃迁，可以直接进行光电转换。目前，最好的硅太阳能电池效率只有25%（25%的光能转化成电能），科学家们普遍认为，太阳能电池效率的上限是33%，Si24可以让太阳能电池的效率更加接近这个上限，甚至更高。

解放电子的BC8

33%这个上限是基于一个假设提出的，那就是每一个入射的光子都会激发一个可以导电的自由电子。其实，如果考虑微观的量子效应，一些材料有可能一次激发出多个自由电子，一种名为BC8的硅纳米颗粒就能够基于单个光子产生多个自由电子。

科研人员借助劳伦斯伯克利国家实验室的超级计算机模拟了BC8的行为。这种硅结构形成于高压环境，但在正常压力下也很稳定。模拟结果显示，硅BC8纳米颗粒确实基于单个光子生成了多个电子空穴对，利用BC8可使太阳能电池的效率提升至42%，超越33%的上限，意义十分重大。而且，如果利用抛物面反射镜为新型太阳能电池聚集阳光，BC8的效率甚至可以达到70%。

有些遗憾的是，BC8通过与传统的硅纳米颗粒相结合，目前制成的太阳能电池模型仅能在紫外线的照射下工作，还不能在可见光照射下正常工作。但哈佛大学的科学家发表论文指出，当普通硅太阳能电池被激光照射时，激光所发出的能量足以产生局部的高压以形成硅BC8纳米晶体。因此，如果对现有的太阳能电池施加压力或者照射激光，也许可以提高太阳能电池的效率——斯特罗贝尔已经在测试这种想法了。

近乎完美的硅烯

在计算机芯片的领域，另一种新型的硅——硅烯一直在取得突破。硅烯是一种类似于石墨烯的材料，它由单个原子厚度的硅制成。硅烯和石墨烯一样，具有超凡的导电性能，但是硅烯有带隙，理论上能够实现逻辑操作。

2015年2月，美国德克萨斯大学的德基·阿金旺德宣布，他们已经制作出第一个硅烯晶体管。这引起了不小的轰动，因为硅烯是极难制备的。这种材料不像石墨烯那样，可以用胶带从块状石墨上面一层一层剥下来。为了得到硅烯，科学家们需要将硅放在真空中加热，然后让蒸汽沉积到银块上来获取它，这是一个非常复杂的过程。而且，单片的硅烯在空气中极不稳定，甚至直到2014年，一些科学家还在质疑硅烯究竟是否存在。

阿金旺德制作出来的硅烯晶体管尽管技术十分巧妙，但短期内还无法得到实际应用，因为外露的硅烯在两分钟内就破坏了。想要延长硅烯晶体管的寿命，就必须给它加涂一些保护层。但不管怎样，这次突破鼓励了科学家们通过各种方法去尝试制作硅烯晶体管的技术，这将会引起电子工业的革命。毕竟，电子在硅烯表面中的传输速度要比在普通硅中快100万倍，而且高速电子之间的碰撞大大减少，进而减少了密集芯片所产生的热量，可以使电子器件变得更小。另外，由硅烯做成的晶体管会非常薄，科学家们还考虑将BC8和Si24一起加入到未来的电子产品中，在单一的芯片上集成光学和电子器件，这种混合芯片可以使用光和电子传递信号，大大提高速度和可以携带的数据量。所以，在未来，硅元素将会有一个梦幻般的前景，继续占据着电子工业舞台的中心。

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