本书试图为太阳能光伏提供一个更为全面的图画。它包括了太阳电池的物理和晶体硅太阳电池及组件的制造过程，虽然相关的讨论有点浅显。本书也尝试了超越广泛讨论的效率和成本话题而研究太阳能光伏的一些长期的更大范围的问题。这些问题包括原材料的可获取性、电力的可获取性、太阳能电力的存储以及太阳能组件的回收。对于晶体硅太阳电池和组件，本书把对总成本的主要贡献分解为能量消耗、硅锭切割、银前电极和电池效率分散性等几方面。重要的是要记住对于这些长期或短期问题的解决方案需要重大的技术创新。

基于书中的定量分析，大多数当前的产业化太阳电池技术，晶体硅、碲化镉或铜铟镓硒，是不能在没有重大技术突破的情况下达到太瓦级规模的。它们受到自然资源限制，这是难以克服的路障。虽然碲化镉和铜铟镓硒技术已经并且将持续长期在产业化上取得成功，但是它们不太可能成为我们生活中能源来源的重要组成部分。这是因为在这些技术的半导体吸收层中包含了这个星球上非常稀少的元素。虽然晶体硅和薄膜硅技术中的半导体吸收层在地球上储量丰富，但是这些太阳电池在它们的结构或加工过程中经常需要用到诸如铟、银和电力等供应有限的自然资源。重要的是要记住资源限制是太阳能光伏不可避免的一个方面，并且非常可能对许多其他的可再生能源技术也是如此，因为它们要产生实际影响所需要的规模巨大。

本书指出有三种太阳电池技术具有达到太瓦级水平的潜力。它们是：

1）晶体硅太阳电池；

2）薄膜硅太阳电池；

3）地球上髙丰度的硅化物、磷化物和硫化物太阳电池。

这其中的两种：晶体硅和薄膜硅是目前达到产业化的技术，但是必须在它们的结构和/或制造过程中做出重大的调整才能使它们达到太瓦级水平。第三种技术是需要开发新的电池技术。这种新的电池技术整个结构需要采用地球上高丰度的材料，并且其加工过程需要有效利用包括电力、水和化学品等资源。下面是本书中对三种电池技术实现低成本、高效率并且最重要的太瓦级应用的战略研究方向的一个总结。

晶体硅太阳电池占据了今天市场的主流，其市场占有率约为90%。在所有技术中，它具有效率高、技术成熟、进入门槛低、相对成本低、市场份额大等优点。在可预见的未来它将保持这一地位。本书为太瓦级晶体硅太阳能光伏提出的战略性研究方向包括：

1）从冶金级硅到太阳能级硅的高能效提纯；

2）用铜或者铝替代银前电极；

3）将硅锭低损耗快速切割为硅片；

4）组件寿命结束后硅、银和铜的回收；

5）制造过程中电池和组件效率的一致化；

6）降低组件衰老、提升组件寿命；

7）太阳能电力的太瓦级存储。

薄膜硅太阳电池的未来不是很确定。目前，由于它的转换效率低且成本高，其市场份额正在丢失。如果晶体硅太阳电池没有达到太瓦级水平，薄膜硅是目前唯一的具有太瓦级应用能力的技术。本书为太瓦级薄膜硅太阳能光伏提出的战略性研究方向包括：

1）通过基于溶液法的工艺来降低制造成本；(www.daowen.com)

2）提高电池效率；

3）电池和组件寿命结束后的回收；

4）提高电池和组件的寿命；

5）太阳能电力的太瓦级存储。

如果晶体硅和薄膜硅都不能解决问题，那不得不开发一种新的整个结构只采用地球上高丰度材料的太阳电池技术。与现在的产业化电池技术也就是一个无机半导体材料来做光吸收和一个p-n结用于电荷分离相比，目前还不是很清楚这种新的电池技术将基于什么材料体系或者其器件物理是否类似。尽管如此，如果这种新型电池与今天产业化的电池技术相似的话，本书为它建议的几个战略性研究方向包括：

1）开发一种地球上高丰度的具有1.1～1.5eV直接带隙的二元或三元半导体作为光吸收材料；

2）为吸收材料开发基于溶液法的合成和掺杂技术；

3）开发地球上高丰度透明导电氧化物的合成和掺杂技术；

4）甄别作为电极的一种或多种金属并开发低成本的金属化工艺；

5）提升电池效率；

6）电池和组件寿命结束后的回收；

7）提升电池和组件的寿命；

8）太阳能电力的太瓦级存储。

为上述每一个研究方向我们可以预想多种技术渠道。基于作者的最佳判断，本书为这些研究方向的一部分提供了技术渠道。由于作者知识和经验的局限，这些建议的技术渠道倾向于太瓦级晶体硅太阳能光伏和硅之后的薄膜太阳能光伏。所有建议的技术渠道都是基于今天产业化的太阳电池技术的器件物理。新的器件物理非常可能在未来的太阳电池技术中流行。诸如那些“第三代概念”^[1]等新的器件物理为创新的思想带来了许多可能，因而有希望引起太阳能光伏的重大突破。然而，由于当前新的太阳能光伏的物理存在诸多的不确定性，这使得预测太阳能光伏新物理的未来变得实际上不可能。从本书中有一点可以确定的是，任何新的太阳能光伏物理都将不得不采用地球上高丰度的材料并且高效利用资源，否则它将不会产生实际性影响。

太阳能电力的太瓦级存储是一个使任何具有太瓦级能力的太阳电池技术实际上能够达到太瓦级水平的跨领域的问题。太阳能电力的存储可以是并网的或离网的。离网式存储使得太阳能光伏可以成为我们生活中主要的能量来源，超过我们未来能源需求的30%。如果其他如光-化学转换或聚光太阳能发电等太阳能利用技术无一达到太瓦级水平，离网式存储将变得更为重要。本书提出了一个基于金属-金属氧化物的封闭能源循环用于离网式存储。金属在一个金属-空气电池中将产生电力并自身转化为氧化物。金属氧化物通过太阳能电力电解还原为金属。基于锌-氧化锌循环性能潜力好，工艺简单且技术可行，可用于这一能量循环。