從智慧地球和綠色地球看現代光電技術的發展機遇

褚君浩

（中國科學院上海技術物理研究所中科院太陽電池研究中心 上海 200083）

從智慧地球和綠色地球看現代光電技術的發展機遇

褚君浩

（中國科學院上海技術物理研究所中科院太陽電池研究中心 上海 200083）

光電信息傳感和光電能量轉換是建設智慧地球和綠色地球的重要關鍵技術。根據當前光電信息傳感器以及光電能量轉換器件的發展趨勢，應努力發展大規模焦平面列陣；提高紅外傳感器件工作溫度，發展室溫工作器件；擴展光電傳感器工作波段，發展多波段器件；發展光、熱、電、磁、分子、質量、應力以及單光子傳感器等多種傳感技術。本文還對如何發展太陽能光伏電池提出若干看法。

物聯網，傳感器，智慧地球，綠色地球，太陽能光伏電池

褚君浩院士

1 前言

當前建設“智慧地球”和“綠色地球”是人類面臨的兩大任務，也對光電科學技術提出了新的發展要求。智慧地球＝物聯網＋互聯網，物聯網的關鍵技術之一是信息獲取的光電傳感器技術；建設綠色地球是解決能源與環境問題的根本出路，其重要途徑之一是發展太陽能光伏電池。建設“智慧地球”和“綠色地球”的核心技術是光電信息轉換和光電能量轉換，都需要進一步提升水平。現代光電技術迎來新的發展機遇。

2 發展物聯網傳感器技術

物聯網是信息科學技術的一個新發展。2008年IBM總裁Samuel Palmisano先生，在紐約對外關系理事會做報告，題目為：“智慧地球——下一代領導人的議程”，提出幾乎任何事物都可以實現數字化和互聯。我們正在邁入全球一體化與智慧的經濟、社會和地球的時代。物聯網是要把所有物品通過信息傳感設備與互聯網連接起來，然后進行智能化識別和管理。這也就是把“物”的信息通過傳感器接收，形成“物”信息的網絡，并與互聯網結合。這樣就構成一個互聯網虛擬大腦：由音頻采集器構成虛擬聽覺系統，由視頻采集器構成虛擬視覺系統，由分子傳感器、氣體傳感器、液體傳感器等構成虛擬味覺系統，由空氣傳感器、水系傳感器、土壤傳感器等構成虛擬感覺系統，由各種家用設備、辦公設備以及生產設備構成虛擬運動系統，等等。這些系統構成的虛擬大腦的神經系統，形成物聯網信息網絡，信息流進入信息處理中心，基于各類模型，可以進行智能化信息處理與判斷，并融入互聯網，形成計算機、手機、人以及各類反應系統的結合互動。作為一個小例子，如果洗衣機內安裝有先進傳感器，就能夠感知放入的衣服是什么質地的材料做成，從而基于事先已經建立好的模型，自動地做出洗滌程序的安排。對于城市的交通系統來說，所有的車輛的時間空間座標都在感知之中，根據這種感知，紅綠燈系統有最佳程序，駕駛員也有最佳判斷和安排。通過城市中的監控攝像機、各類傳感器、RFID以及各類先進感知工具，可以感知城市各物的信息，這些信息通過寬帶、天線和移動通信網絡，匯聚于智能化信息處理中心，經過模型分析，可以感知城市的狀況，以便做出決策、實行遠程管理以及采取相應措施。人們可以對各類信息進行實時自動獲取，再進行傳遞、在信息中心進行智能化分析處理，做出判斷與行動。根據各類社會行為，就形成智慧的交通、智慧的醫療、智慧的物流、智慧的水系統、智慧的電網、智慧的能源、智慧的銷售、智慧的食品、智慧的金融、智慧的城市……，形成智慧的地球。

各類傳感器在物聯網技術中具有舉足輕重的地位。安置在橋墩里的壓力傳感器可以感知橋墩的應力、安置在地下巖石中的傳感器可以感知巖石內應力情況、安置在身上的傳感器可以實時感知身體器官的狀況、安置在煤礦里的傳感器可以感知礦井中有害氣體的濃度。沒有各類傳感器就不能實現信息的獲取，也就不能進一步整合信息，應用信息。例如，1995年3月日本東京地鐵站沙林毒氣事件、2004年西班牙馬德里火車站炸藥爆炸192人遇難等案例，如果安裝毒氣和爆炸物傳感器，就可有效設防此類事件發生。傳感器是物聯網產生信息的源頭，是眼睛、鼻子、耳朵、舌頭、皮膚，是人體五官的延長和功能擴展。有了先進的傳感器，才能對環境、水、空氣、土壤和植物等進行實時監控，才能建立無線傳感應急監控設備，應用于地鐵、商場、車站、園區等人類活動的各類場所。

物聯網對于傳感器的需求給光電傳感材料和器件的發展注入新的驅動力。光電傳感器的主要功能是獲得目標物的 “形像”、“熱像”和“譜像”。從獲取目標物的形像，可以知道目標物是否存在，知道目標物的外部形狀；從獲取目標物的熱像，可以知道目標物的溫度分布；從獲取目標物的譜像，可以根據事先測量研究并建立的模型知道目標物的物質組成。這些關于目標物的“形像”、“熱像”和“譜像”的信息，進入物聯網的信息流。

光電傳感器件具有廣闊的發展空間。除了可見光傳感器外，要進一步發展紫外、紅外波段以及THz波段的光電傳感材料及其焦平面列陣探測器。當前的研究重點主要是制備更大規模的焦平面列陣器件，提高器件工作溫度，發展室溫工作的紅外探測器，擴展器件工作的波段，制備雙波段甚至多波段焦平面列陣器件，發展光、熱、電、磁、分子、質量、應力以及單光子等多種傳感技術等等。研究的科學問題涉及光電傳感材料的光電激發動力學，解決擴大焦平面規模、提高工作溫度、擴展響應波段的新技術及其關鍵科學技術問題。這些問題的解決，對發展物聯網光電傳感技術至關重要。

2.1 發展大規模焦平面探測器

目前，在紅外波段最主要的傳感材料是以 HgCdTe為代表的窄禁帶半導體。HgCdTe是一種性能優越的紅外敏感材料，其禁帶寬度隨組分變化。可以選擇適當組分使材料響應大氣窗口的重要紅外波段。該材料已成為制備高性能紅外探測器的最佳材料。HgCdTe體材料晶體生長、薄膜材料的液相外延生長、分子束外延生長都取得良好進展，并發展了大規模紅外焦平面列陣制備的新工藝。當前的重要研究熱點問題是碲鎘汞高性能p-n結的制備和特性控制研究；硅基碲鎘汞薄膜材料制備技術研究；HgCdTe材料的各種非破壞無接觸表征方法研究；材料中雜質缺陷的規律研究及其生長中控制的研究；HgCdTe材料表面界面的研究；HgCdTe系列低維結構的制備及其物理特性研究；HgCdTe中載流子的激發、傳輸和隧穿規律性研究；以及相關的許多基礎物理問題的研究。這些問題與器件物理過程密切相關，是這一領域的研究熱點。在大規模碲鎘汞焦平面器件研制方面，美國的技術水平最為先進[1，2]。我國近年來也有很好的發展。

2.2 提高光電探測器工作溫度，發展室溫工作探測器

目前，碲鎘汞紅外探測器一般都需要在低溫（77K，105K）制冷下工作，以減小器件噪聲電流，得到高的探測率，在應用方面受到了諸多限制。這主要是由于HgCdTe晶格、表面和界面的不穩定性，生長工藝中容易出現各種缺陷，通常需要致冷到近液氮溫度才能發揮其優良的性能；同時，用這種材料制作的光伏器件在77K時隧道電流大，特別對于λc≥15μm的長波紅外探測器來說，這些問題就顯得更加突出。因此，如何提高探測器工作溫度已成為當前國內外研究的熱點。當前，提高工作溫度的研究主要在兩方面開展。一是努力提高碲鎘汞探測器工作溫度至半導體致冷機所能達到的溫度；二是尋找替代碲鎘汞具有較高工作溫度的窄禁帶半導體材料。

在第一方面，研究工作主要圍繞提高碲鎘汞少數載流子壽命和降低探測器噪音。2004年8月舉行的SPIE“紅外技術與應用”專題會議上，研究人員發明了一種通過使探測器在接近零偏壓下工作消除大部分低頻噪聲的新方法，使得HgCdTe列陣器件在230K溫度下的NETD達到60mK[2]。在第二方面，主要研究HgZnTe、InAsSb(銦砷銻)、InSbBi（銦銻鉍）等III-V族窄禁帶半導體材料，希望能夠替代碲鎘汞使其響應率高且能在較高溫度下工作。除了提高光子型探測器工作溫度外，發展室溫工作的熱電型紅外探測技術，也非常重要。熱敏材料接受到紅外輻射后溫度升高，引起電學物理量的變化，如電阻率變化、極化率變化產生熱釋電效應等。熱電型探測技術無需制冷，可室溫工作，有著巨大的市場需求，如汽車夜視儀、監控報警系統等。目前非致冷探測包括熱釋電和微測輻射計型。微測輻射計型集成紅外焦平面，所用材料為氧化釩VOx和非晶硅a-Si，這種焦平面已投入生產。熱釋電非致冷焦平面工作模式采用混成式，即探測元和讀出電路分別在兩個片子上。為進一步降低成本和增加焦平面的探測率，當前主要研發集成熱釋電紅外焦平面，其具有更高性能的潛力，是非制冷紅外焦平面一個發展方向。

2.3 擴展傳感器工作波段，發展多波段探測器

光電傳感器需要擴展到不同的波段以適應不同的需要。可見光探測器和紅外探測器相對比較成熟，當前需要進一步發展的主要有伽馬射線、x射線探測器、紫外探測器、近紅外探測器、甚長波探測器、THz探測器。過去高靈敏紫外探測多采用紫外敏感的光電倍增管和類似的真空器件以及紫外增強型硅光電二極管。真空器件相對固體探測器而言，具有體積大、工作電壓高等缺點；而硅器件具有可見光響應的特點在一些紫外應用中會變成缺點。隨著寬禁帶半導體材料的研究進展，人們開始考慮具有可見光響應極小的本征型紫外光電探測器。其中具有潛力的材料是GaN基材料。纖鋅礦結構的III-IV族材料是直接帶隙材料，隨著合金組分的改變，其禁帶寬度可以連續變化。對于鋁鎵氮材料其禁帶寬度可以從GaN的3.4eV連續變化到AlN的6.2eV。因此，利用這種材料研制的本征型紫外探測器的截止波長對應地可以連續從365nm變化到200nm。對于日盲型紫外探測器，AlxGa1-xN材料的組分x需要達到40%以上，也就是需要所謂的高鋁組分AlGaN。GaN基紫外面陣探測器目前的發展方向主要是朝著大規模日盲型發展。

在近紅外波段，主要發展高性能InGaAs近紅外探測器。InGaAs紅外焦平面在0.5μm－2.5μm波長范圍內具有高的量子效率和靈敏度，可以把60%的近紅外輻射光子轉換成光電子。InGaAs可以采用MBE和MOCVD方法進行外延，比HgCdTe更容易生長。因此，InGaAs紅外焦平面，特別是非致冷焦平面技術，在許多民用和國防領域有很大應用前景。

當前，THz波段傳感器的研究是一個很重要的研究領域。

在擴展傳感器工作波段方面還包括研制多波段焦平面技術[3]。他對于模糊背景和復雜過程中的目標，或者目標特性在過程中不斷發生變化的情況顯得尤為重要。大規模、多波段、高速以及遠距離紅外探測，可以提高對目標的早期發現、復雜目標的識別能力。基于“能帶工程”和“波函數工程”的量子阱材料能級結構裁減的隨意性，在上世紀90年代就有量子阱結構的雙色探測器。GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器由于其自身特點特別適合于多波段焦平面，如窄帶響應和波長可裁剪性，允許多個量子阱結構沿垂直方向堆垛，每個量子阱結構吸收特定的波段同時允許其他光子透過，通過改變量子阱的阱寬、勢壘組分和阱中摻雜濃度實現峰值探測波長和截止波長的連續裁剪。GaAs/AlGaAs材料體系允許量子阱參數的變化使探測波長覆蓋6μm-20μm。由于探測波段的可裁剪性以及材料、器件工藝的相對成熟，國外各大紅外焦平面器件研究機構和公司相繼推出各自的雙色、多色焦平面器件。

2.4 發展多傳感多頻譜及其融合和集成傳感技術

發展多種類信息傳感、多頻譜信息傳感以及它們的融合技術是目前信息獲取和處理的熱點。當前需要發展多種類信息傳感器，如紅外、紫外、x光、γ射線、壓力、震動、聲響、磁敏、化學、生物、單光子等傳感器，同時要發展多頻譜信息傳感技術。多傳感、多頻譜信息融合技術可以采集多種傳感器信息，進行綜合處理，從多頻譜的角度獲得目標的各種參數信息，包括構成陸、海、空、天四維廣域無線傳感系統。多傳感、多頻譜信息獲取和傳感以及信息融合技術將在物聯網得到實際應用。先進紅外探測和傳感技術可以獲取目標物體的紅外光譜和其他特征譜及其圖像，而這些信息正可以用來對目標物進行識別、定量分析及監控，既可用于宏觀對象，如地面、水域、氣象，也可用于微小物體，如生物細胞、單個原子、單個分子；既可用于靜止目標，也可用于運動物體。同時還要發展微小壓力傳感技術。觸覺傳感器在遠程操作系統中將得到實際應用。通過（無線）網絡將人類觸覺信息進行遠程傳遞和相互作用，可在航空航天、模擬訓練、遠程診療救護、戰場和反恐排險等領域得到應用。微型觸覺傳感器陣列及其反饋系統具有分辨率高、易于集成、適于曲面貼裝等特點。未來還有可能開發出單分子和單原子級質量及力分辨的傳感器技術。采用高分辨能力的諧振式傳感器機理，通過納機電系統（NEMS）技術，可研制出對微觀質量、力或角動量等敏感的傳感器，進而可以獲取單細胞、單分子、單原子一直到單電子自旋角動量的信息。集成微儀器型傳感器也都是重要發展方向。這些方面都是物聯網的信息獲取和處理系統的關鍵技術。

3 發展太陽能光伏電池關鍵技術的若干問題

在建設綠色地球方面，發展太陽能光伏電池是重要的任務。當前太陽能電池發展很快。我國的太陽能電池產量已經占世界三分之一，主要是硅基電池，其次是薄膜電池。目前太陽能電池發展狀況是：

（1）以晶體硅為代表的第一代太陽電池正在蓬勃發展，占太陽能電池總量的90%，同時硅基電池在技術上還有上升空間。

（2）CIGS、CdTe和III－V族化合物半導體為代表的薄膜太陽能電池正在發展之中，它們已被證明可以產業化。但是在實現產業化過程中還有許多技術關鍵，存在不同工藝路線，設備和工藝都有研究和發展的需要。

（3）具有新材料、新概念、新結構、新工藝的新型太陽電池不斷出現。其中包括染料敏化太陽電池、寬光譜多結太陽電池、有機太陽電池、納米結構量子點太陽電池等等。他們將會根據成本、效率、壽命、穩定性等情況先后進入產業化。

太陽能光伏電池產業的發展和技術需求為中科院發展能源科學、光電科學與材料科學提供了機遇。中科院應積極為太陽能電池技術上升做出貢獻，進行有基礎研究特色的高技術創新研究，面向產業需求、面向太陽能電池新技術、面向光電技術基礎。我們的研究工作要能夠為產業發展做技術服務、能夠把技術成果轉讓給企業或者形成新的產業、能夠產生國內外領先的實驗室記錄，從而逐步在若干方面起到引領作用。同時要在太陽能利用前瞻性基礎研究方面走在前面。

當前應重點開展以下6方面研究工作：（1）物理法提純制備太陽能等級多晶硅關鍵技術；（2）提升硅基太陽電池技術；（3）發展高效率薄膜太陽能電池的關鍵技術，包括高效率單結、雙結、多結和柔性薄膜太陽能電池；（4）探索新型太陽電池技術，包括染料敏化太陽能電池、高效全光譜InGaN太陽能電池、有機太陽能電池、太陽能聚光光學系統以及低成本銅銦鎵硒薄膜太陽能電池技術等；（5）發展先進光伏發電集成系統；（6）開展太陽能利用的材料科學、光電科學等系統的基礎研究。

3.1 發展太陽能等級多晶硅物理提純方法

多晶硅材料的生產主要可分為兩大類：化學提純法和物理提純法。化學法主要有改良西門子法、硅烷熱分解法、流化床反應爐法等，其產品主要用于拉制單晶，滿足大規模集成電路和電子器件的生產需求。目前化學法也以新工藝技術、向更大規模化、更低生產成本方向發展，但總的來說其投資成本大、生產成本高，距離太陽電池發展的低成本要求還相距較遠。

多晶硅的物理提純法單位能耗要明顯低于化學提純法，且生產設備簡單，投資規模小，在簡單增加設備臺數的基礎上即可形成規模化生產，具有很強的市場競爭力。物理法主要是指采用物理冶金的方式提純多晶硅的方法。早在西門子法提出以前，就被應用于多晶硅材料生產，但由于其提純的材料品質相對較低，一直沒有得到半導體行業的重視。近年來，物理法以其低成本的優勢，在太陽能等級多晶硅材料的生產上受到青睞。進行高效、低成本提純技術的研究對降低太陽能電池的生產成本，促進光伏發電的普及具有深遠意義。在物理法提純太陽能級多晶硅技術方面主要是開發一套完整的提純太陽能級多晶硅生產的技術路線，交變電磁場對造渣去雜工藝的優化技術、低溫熔體長晶提純技術、定向凝固去除雜質工藝的優化及制備太陽能級多晶硅材料的質量評價體系。

3.2 發展硅基太陽能電池技術

硅基太陽能電池技術研究包括高效晶體硅太陽電池和硅基薄膜太陽電池兩方面。對于高效晶體硅太陽電池，通過研究硼擴散背場技術雙擴散技術、刻槽化學鍍技術、雙面鈍化技術，實現高效率的晶體硅太陽能電池的制備。同時在技術水平和效率成本等方面都有上升空間。

除發展晶體硅太陽能電池外，發展硅基薄膜太陽能電池也是重要方向。硅基薄膜電池具有很大優勢，因為：（1）硅材料儲量豐富（硅是地球上儲量第二大元素），而且無毒、無污染，是人們研究最多、技術最成熟的材料；（2）耗材少、制造成本低。硅基薄膜電池的厚度小于1μm不足晶體硅電池厚度的1/100，大大降低了材料成本；硅基薄膜電池采用低溫工藝技術（200℃），不僅可節能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉價襯底；另外，硅基薄膜采用氣體的輝光效電分解沉積而成，通過改變反應氣體組分可方便地生長各種硅基薄膜材料，為實現pin和各種疊層結構的電池，節省了許多工序。（3）便于實現大面積、全自動化連續生產。

現有的硅基薄膜電池——非晶硅電池效率的光致不穩定性是由非晶硅材料微結構的亞穩態屬性決定的，因此S-W效應是不易完全消除的。為獲得高效率、高穩定性的硅基薄膜大陽電池，近年來又出現了微晶硅（μc-Si）、多晶硅（po1y-Si）薄膜電池。實驗證明，用μc-Si和po1y-Si薄膜代替a-Si的有源層制備的電池，在長期光照下沒有任何衰退現象。因此，發展晶化的硅基薄膜太陽電池是實現高穩定、高效、低成本最有前景的方法，因而成為國際研究的熱點。目前研究的焦點是如何利用低成本工藝技術，獲得大面積優質的晶化硅薄膜材料以及新型硅基薄膜電池結構的優化設計。特別是用微晶、多晶硅薄膜作為窄帶隙材料與非晶硅組成疊層電池結構，可更充分地利用太陽光譜。

3.3 發展薄膜太陽能電池

高效薄膜太陽能電池將是普遍應用的第二代太陽能電池，必須加強研發工作。高效薄膜太陽能電池與體材料電池相比，具有高效率、低成本、高功率重量比等優點，是未來光伏發電技術發展的重要方面，具有非常廣闊的市場前景。在民用方面，可廣泛應用于電子產品、汽車、建筑領域以及光伏并網發電系統。在空間應用方面，薄膜太陽電池具有更明顯的優勢。在光伏應用中，薄膜太陽電池有許多特殊的優點，薄膜電池可在任何形狀的襯底上制作，可直接做成屋瓦式太陽電池。這種太陽能屋頂，可極大地節省安裝空間，減少系統成本。這種高效率薄膜太陽能電池可用玻璃、柔性材料（如不銹鋼片、聚酰亞胺）等作為襯底。特別是在制備高效率柔性薄膜太陽能電池方面具有優勢。薄膜電池在建筑集成市場中具有很大的競爭力。可以做成透射一部分可見光的硅基薄膜太陽電池，這樣的電池可做為汽車的太陽頂及房屋的窗玻璃。可在很薄的不銹鋼（50μm）和塑料襯底上制備超輕量級的薄膜太陽電池。當前國際上普遍關注的薄膜太陽能電池主要有非硅薄膜太陽能電池、銅銦硒化物（CIS/CIGS）、碲化鎘(CdTe)等薄膜太陽能電池。

在這方面的研究中，需要解決高效率薄膜太陽能電池的關鍵技術；制備高效率單結、雙結、多結薄膜太陽能電池；發展薄膜太陽能電池結構中的光電調控理論和實驗；探索柔性的CIGS單結、CIGS多結、CdTe單結、 漸變帶隙 CdxZn1-xTe單結以及CdxZn1-xTe/CIGS多結疊層薄膜太陽能電池的大面積制備工藝，形成產業化。同時發展太陽能薄膜電池設備技術。由于地球上In和Ga元素的限制，人們還在研發CuZnSnS電池，目前已有很好的進展。

3.4 發展新型太陽能電池技術

當前新型太陽能電池的研究非常活躍，如染料敏化太陽能電池、高效全光譜InGaN等III－V族半導體太陽能電池、有機太陽能電池、量子點太陽能電池、太陽能聚光光學系統以及低成本銅銦鎵硒薄膜太陽能電池技術。

染料敏化太陽能電池為新型太陽能電池之一，是結合孔狀納米晶氧化鈦半導體電極與釕金屬化合物及電解質而成的一種新型的濕式太陽能電池，1991年和1993年,瑞士的Michael Greatzel教授先后在Nature和Journal of the American Chemical Society上發表論文,報道了一種全新的太陽電池——染料敏化納米晶薄膜太陽電池。它制作方法簡單,成本低,實驗室的光電轉換效率超過了10%。由于染料敏化太陽能電池采用液態電解質,會出現溶劑的泄漏、揮發等影響電池穩定性的問題。針對上述問題,人們提出了用準固態或固態電解質制備染料敏化太陽能電池的新思路。同時量子點敏化的量子線列陣可以形成一種特別有潛力的太陽能電池結構。通過調節尺寸，量子點具有和太陽光譜形成更好的匹配的能力。納米線可以通過避免氧化物網絡中的顆粒-顆粒之間的電子跳躍以幫助改進電子的輸運特性。有機/聚合物本體異質結太陽能電池,因其制備簡單、成本低廉、重量輕、可制成柔性器件等突出優點，近年來受到廣泛重視。但是有機太陽能電池存在吸收材料的吸收光譜與太陽光光譜不匹配、載流子遷移率比較低等問題，穩定性有待進一步研究和提高。全光譜太陽能電池是新型光伏技術的一個重要研究方向。對于太陽能聚光光學系統設計，通過研究基于全息技術的低倍廣角聚光系統設計、基于DOE技術的高效二色鏡光學元件設計、光學收集系統、光譜分解系統和多結電池的集成技術，實現高效率的太陽能聚光光學系統。

3.5 發展先進光伏發電集成系統

中科院要努力發展先進光伏發電集成系統；研究MW級并網光伏發電系統，在MW級并網光伏發電系統關鍵技術和關鍵設備上取得重大進展。力求在先進獨立光伏發電系統和MW級并網光伏發電系統的關鍵技術與關鍵設備研發上有所突破，以解決西部地區農村的缺電問題，促進城市太陽能光伏應用，加快我國并網光伏發電的大規模應用步伐。掌握BIPV相關平衡部件的關鍵技術，掌握光伏微網相關關鍵技術，研制容量為100kW以下的并網逆變器，通過結合國家可再生能源示范建設分散或集中的BIPV并網發電系統，促進BIPV的應用。解決并網逆變器的波形控制技術、MPPT技術及反孤島保護技術、光伏微網逆變器控制技術、微網光伏發電系統能量管理技術等關鍵技術問題，為我國光伏并網發電大規模應用做出貢獻。

4 結語

光電信息傳感和光電能量轉換是建設智慧地球和綠色地球的重要關鍵技術基礎。傳感器件是物聯網的重要基礎元件。光電傳感器件要解決的關鍵科學問題是：研究光電傳感材料的生長以及組分和雜質缺陷的分布、行為和控制；研究光電傳感材料的光電激發動力學；研究雙色、多色焦平面的分波段光電躍遷和器件設計；創新大規模焦平面工藝技術，解決關鍵科學技術問題；研究焦平面器件性能的穩定性和失效機理；研究提高器件工作溫度的機制和途徑。同時要加強各類新型傳感器探索研究。

太陽能光伏電池產業的發展和技術需求為中科院發展能源科學、光電科學與材料科學提供了機遇。中科院的研究工作定位于關鍵技術科學基礎研究，進行有基礎研究特色的高技術創新研究，面向產業需求、面向太陽能電池新技術、面向先進光電技術基礎，要努力形成知識產權，能夠把技術成果轉讓給企業或者形成新的產業，能夠為產業發展做技術服務，為太陽能技術發展提供源源不斷的科學技術基礎。同時能夠產生國內外領先的實驗室記錄，在太陽能利用前沿基礎研究方面有重要創新。

1 Scott M Johnson,William A Radford et al.Status of HgCdTe/Si technology for large format infrared focal plane arrays.Proceedings of SPIE，2005，5 732:250-258.

2 Tom Chuh.FPA technology advancements at Rockwell Scientific.Proceedings of SPIE,2005, 5 783:907-922.

3 Stafeev V I,Boltar'K O,Burlakov I Det al.Midand far-IR focal plane arrays based on Hg1? xCdxTe photodiodes.Semiconductors,2005,39: 1 063-7 826.

AbstractBoth photoelectricity information sensing and photoelectricity energy conversion are important key technologies for constructing wisdom earth and green earth.According to the development trends of current photoelectricity information sensors and photoelectricity energy conversion devices,we ought to make great efforts to develop large-scale focal plane array;to increase working temperature of infrared sensing devices,and develop room temperature working devices;to extend photoelectric sensors response band，and develop multiband devices;and to develop a great variety of sensing technologies,such as light,heat,electricity, magnetism,molecule,quality,stress and single photon sensors.This paper also presents some views on how to develop solar power photovoltaic cells.

Keywordsinternet of things,sensor,wisdom earth,green earth,solar power photovoltaic cells

褚君浩 中國科學院院士，中科院上海技術物理所研究員，半導體物理和器件專家。1945年出生于江蘇宜興。1984年獲中科院上海技術物理所博士學位。1986—1988年德國慕尼黑理工大學物理系洪堡研究成員。1993—2003年擔任紅外物理國家重點實驗室主任。長期從事紅外光電子物理和光電躍遷效應研究，在窄禁帶半導體物理和鐵電薄膜材料器件物理等研究方面，獲得有國際影響的系統研究成果，近年來從事太陽能光伏研究和極化材料器件的研究。發表SCI論文400余篇，在科學出版社和Springer出版社出版中英文專著3部；曾獲國家自然科學獎3項及中科院和上海市自然科學獎、科技進步獎10項。E-mail: jhchu@mail.sitp.ac.cn

Judging the Development Opportunity for Photoelectric Technology from Wisdom Earth and Green Earth

Chu Junhao
（Shanghai Institute of Technological Physics，CAS 200083 Shanghai）

10.3969/j.issn.1000-3045.2010.05.007

2010年9月2日