前言

21世紀的人類不但要面對日益嚴重的全球氣候變暖，還要試圖解決石化資源的逐漸耗竭問題。在未來一個世紀中，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，人們認識到應該加快研究開發(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)。

太陽能是一種終極自然資源。雖然30%的太陽能（solar energy）被地球反射，我們還可以充分地利用70%的太陽能。2000年全世界能源需求量約9 000百萬噸石油當量（million tonnes oil equivalent，MTOE），而可使用的太陽能是其數(shù)千倍。即使在2050年，用太陽能只供應全世界能源需求的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）。我們相信這是一個可以實現(xiàn)的目標，因為這相當于將全世界2005年的硅原料產(chǎn)量增加12倍。為了實現(xiàn)在2050年太陽能占全球能源使用量10%這個目標，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無疑是最重要的，因為現(xiàn)在90%的太陽能電池都基于Si，而其發(fā)展趨勢將是大規(guī)模的。

為了推動高轉(zhuǎn)換效率晶體硅太陽能電池（crystalline silicon solar cell）的發(fā)展，日本東北大學（Tohoku University）的材料研究學院（Institute for Materials Research，IMR）分別在2004年和2005年組織了2次國內(nèi)研討會，從材料科學（materials science）的角度探討太陽能電池的硅晶體生長。隨后，IMR和日本學術(shù)振興會（Japan Society for the Promotion of Science，JSPS）的晶體生長科學技術(shù)（Science and Technology of Crystal Growth）第161號委員會在2006年10月2～3日共同組織了第一屆晶體硅太陽能電池科學技術(shù)國際研討會（International Workshop on Science and Technology of Crystalline Si Solar Cells，CSSC）。這個國際研討會作為一個論壇，為大學、研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的科學家和工程師提供了一個相聚的機會，可以從材料科學的角度共同探討晶體硅太陽能電池發(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號委員會于2008年5月21～24日在日本的仙臺（Sendai）的第4屆亞洲晶體生長和晶體技術(shù)會議（4^thAsian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology，CGCT-4）上組織了太陽能電池和清潔能源技術(shù)（Solar Cells and Clean Energy Technology）專題討論會。本書的多數(shù)章節(jié)是基于這些會議和論壇的學術(shù)討論。編者衷心感謝CSSC和CGCT-4所有參與者對本書的貢獻。

現(xiàn)在有數(shù)本介紹太陽能電池總體方面的著作，但是其重點是器件物理學（device physics），而晶體生長技術(shù)方面的描述較少。甚至可能存在一些誤解，認為太陽能電池的晶體生長沒有進一步的改進空間。但是，這樣的觀點有欠妥當。即使對于多晶硅硅片（multicrystalline Si wafer），其宏觀特性也可以在晶體生長過程中，通過控制其微觀結(jié)構(gòu)加以改變。本書提供的基礎知識應該可以為太陽能電池材料的新型晶體生長技術(shù)的未來發(fā)展做出貢獻。

中島一雄

宇佐美徳隆