前言

21世紀(jì)的人類不但要面對(duì)日益嚴(yán)重的全球氣候變暖，還要試圖解決石化資源的逐漸耗竭問(wèn)題。在未來(lái)一個(gè)世紀(jì)中，大多數(shù)自然資源將被耗盡，特別是石油、天然氣和鈾礦將出現(xiàn)不可避免的短缺。如今，人們認(rèn)識(shí)到應(yīng)該加快研究開(kāi)發(fā)可再生能源技術(shù)，并且大規(guī)模發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。

太陽(yáng)能是一種終極自然資源。雖然30%的太陽(yáng)能（solar energy）被地球反射，我們還可以充分地利用70%的太陽(yáng)能。2000年全世界能源需求量約9 000百萬(wàn)噸石油當(dāng)量（million tonnes oil equivalent，MTOE），而可使用的太陽(yáng)能是其數(shù)千倍。即使在2050年，用太陽(yáng)能只供應(yīng)全世界能源需求的10%，我們也必須連續(xù)40年每年生產(chǎn)40GW的太陽(yáng)能電池（solar cell），這要求每年400 000噸的硅原料（silicon feedstock）。我們相信這是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，因?yàn)檫@相當(dāng)于將全世界2005年的硅原料產(chǎn)量增加12倍。為了實(shí)現(xiàn)在2050年太陽(yáng)能占全球能源使用量10%這個(gè)目標(biāo)，我們需要發(fā)展數(shù)種關(guān)鍵材料，考慮各種材料的生命周期，建立清潔能源循環(huán)。在數(shù)種關(guān)鍵材料中，Si無(wú)疑是最重要的，因?yàn)楝F(xiàn)在90%的太陽(yáng)能電池都基于Si，而其發(fā)展趨勢(shì)將是大規(guī)模的。

為了推動(dòng)高轉(zhuǎn)換效率晶體硅太陽(yáng)能電池（crystalline silicon solar cell）的發(fā)展，日本東北大學(xué)（Tohoku University）的材料研究學(xué)院（Institute for Materials Research，IMR）分別在2004年和2005年組織了2次國(guó)內(nèi)研討會(huì)，從材料科學(xué)（materials science）的角度探討太陽(yáng)能電池的硅晶體生長(zhǎng)。隨后，IMR和日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（Japan Society for the Promotion of Science，JSPS）的晶體生長(zhǎng)科學(xué)技術(shù)（Science and Technology of Crystal Growth）第161號(hào)委員會(huì)在2006年10月2～3日共同組織了第一屆晶體硅太陽(yáng)能電池科學(xué)技術(shù)國(guó)際研討會(huì)（International Workshop on Science and Technology of Crystalline Si Solar Cells，CSSC）。這個(gè)國(guó)際研討會(huì)作為一個(gè)論壇，為大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的科學(xué)家和工程師提供了一個(gè)相聚的機(jī)會(huì)，可以從材料科學(xué)的角度共同探討晶體硅太陽(yáng)能電池發(fā)展的最新成果和現(xiàn)有挑戰(zhàn)。CSSC-2于2007年12月7～9日在中國(guó)的廈門舉行，而CSSC-3于2009年6月3～5日在挪威的特隆赫姆（Trondheim）舉行。而且，IMR和JSPS第161號(hào)委員會(huì)于2008年5月21～24日在日本的仙臺(tái)（Sendai）的第4屆亞洲晶體生長(zhǎng)和晶體技術(shù)會(huì)議（4^thAsian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology，CGCT-4）上組織了太陽(yáng)能電池和清潔能源技術(shù)（Solar Cells and Clean Energy Technology）專題討論會(huì)。本書的多數(shù)章節(jié)是基于這些會(huì)議和論壇的學(xué)術(shù)討論。編者衷心感謝CSSC和CGCT-4所有參與者對(duì)本書的貢獻(xiàn)。

現(xiàn)在有數(shù)本介紹太陽(yáng)能電池總體方面的著作，但是其重點(diǎn)是器件物理學(xué)（device physics），而晶體生長(zhǎng)技術(shù)方面的描述較少。甚至可能存在一些誤解，認(rèn)為太陽(yáng)能電池的晶體生長(zhǎng)沒(méi)有進(jìn)一步的改進(jìn)空間。但是，這樣的觀點(diǎn)有欠妥當(dāng)。即使對(duì)于多晶硅硅片（multicrystalline Si wafer），其宏觀特性也可以在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)控制其微觀結(jié)構(gòu)加以改變。本書提供的基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)該可以為太陽(yáng)能電池材料的新型晶體生長(zhǎng)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

中島一雄

宇佐美徳隆