薄膜太陽能電池發展前景及市場分析

薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來製造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下可較矽晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量（厚度可低於矽晶圓太陽能電池90%以上），目前實驗室轉換效率最高已達20%以上，規模化量產穩定效率最高約13%。薄膜太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以製作成非平面構造其應用範圍大，可與建築物結合或是變成建築體的一部份，在薄膜太陽電池製造上，則可使用各式各樣的沉積（deposition）技術，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶矽、CuInSe2 （CIS）、CuInGaSe2 （CIGS）、和CdTe.。等。

薄膜太陽能電池的優缺點

薄膜型太陽能電池由於使用材料較少，就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽能電池有著明顯的減少，製造程序上所需的能量也較堆積型太陽能電池來的小，它同時也擁有整合型式的連接模塊，如此一來便可省下了獨立模塊所需在固定和內部連接的成本。未來薄膜型太陽能電池將可能會取代現今一般常用矽太陽能電池，而成為市場主流。

非晶矽太陽能電池與單晶矽太陽能電池或多晶矽太陽能電池的最主要差異是材料的不同，單晶矽太陽能電池或多晶矽太陽能電池的材料都疏，而非晶矽太陽能電池的材料則是SiH4，因為材料的不同而使非晶矽太陽能電池的構造與晶矽太陽能電池稍有不同。

SiH4 最大的優點為吸光效果及光導效果都很好，但其電氣特性類似絕緣體，與矽的半導體特性相差甚遠，因此最初認為SiH4 是不適合的材料。但在1970年代科學家克服了這個問題，不久後美國的RCA製造出第一個非晶矽太陽能電池。雖然SiH4 吸光效果及光導效果都很好，但由於其結晶構造比多晶矽太陽能電池差，所以懸浮鍵的問題比多晶矽太陽能電池還嚴重，自由電子與電洞複合的速率非常快；此外SiH4 的結晶構造不規則會阻礙電子與電洞的移動使得擴散範圍變短。基於以上兩個因素，因此當光照射在SiH4上產生電子電洞對後，必須儘快將電子與電洞分離，才能有效產生光電效應。所以非晶矽太陽能電池大多做得很薄，以減少自由電子與電洞複合。由於SiH4的吸光效果很好，雖然非晶矽太陽能電池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。

非晶矽薄膜型太陽能電池的結構不同於一般矽太陽能電池，如圖9 所示，其主要可分為三層，上層為非常薄（約為0.008微米）且具有高摻雜濃度的P＋；中間一層則是較厚（0.5∼1 微米）的純質層（Intrinsic layer），但純質層一般而言通常都不會是完全的純質（Intrinsic），而是摻雜濃度的n 型材料；最下面一層則是較薄（0.02 微米）的n。而這種p+-i-n的結構較傳統p-n結構有較大的電場，使得純質層中生成電子電洞對後能迅速被電場分離。而在P＋上一層薄的氧化物膜為透明導電膜（Transparent Conducting Oxide ：TCO），它可防止太陽光反射，以有效吸收太陽光，通常是使用二氧化矽（SnO2）。非晶矽太陽能電池最大的優點為成本低，而缺點則是效率低及光電轉換效率隨使用時間衰退的問題。因此非晶矽太陽能電池在小電力市場上被廣泛使用，但在發電市場上則較不具競爭力。

其它薄膜型中較值得一提的是曬化銅銦薄膜型太陽能電池，因它有非晶矽薄膜型太陽能電池所不能達到的高效率與可靠度。就效率而言，它在很小的單位面積上已經可達到16％以上，且沒有可靠度方面的問題，但由於其量產技術尚未完全成熟，特別在大面積基板上形成的場合中，各元素比例的均一性等問題，都是今後發展研究的課題。

薄膜太陽能電池發展前景及市場分析

太陽能電池又稱為「太陽能晶片」或「光電池」，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓及在有迴路的情況下產生電流。在物理學上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，縮寫為PV），簡稱光伏。

薄膜電池由於理論效率高、材料消耗少、製備能耗低等被稱為第二代太陽能電池技術。尤其是在柔性襯底上製備的薄膜電池，具有可捲曲摺疊、不怕摔碰、重量輕、弱光性能好等優勢，未來應用前景廣闊。銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池易形成良好的背電極和高質量的PN結，且較容易製成柔性組件。目前，CIGS薄膜太陽能電池的實驗室轉換效率已達21.7%，組件全面積轉換效率已接近16%，其產業化技術也在逐步完善。隨著此技術大規模生產後良品率提升，國產化改進優化後生產成本降低，將越來越具有競爭力。此外，具有超高轉換效率的砷化鎵太陽能電池，憑藉著其技術先進性，在特殊的應用場景具備很大的發展潛力，但是目前由於成本偏高，大規模的應用需要快速實現成本的降低。

據博思數據發布《2016-2021年中國薄膜太陽能電池行業深度調研與市場調查報告》表明：2009年，中國薄膜太陽能電池產量增長較快，主要是2008年投產企業較多，眾多薄膜太陽能電池企業生產步入正常軌道。2009年，中國薄膜太陽能電池產量達263MW;2010年，中國薄膜電池產量為380MW，同比增長44.5%;2011年，中國薄膜太陽能電池產量達565MW。2012年中國薄膜太陽能電池產量為400MW;2013年中國薄膜太陽能電池產量達到了260MW，2014年中國薄膜太陽能電池產量達到了300MW，2015年中國薄膜太陽能電池產量達到了458MW。

中國的薄膜生產商在很大程度上要依靠外國的供應商，這有可能導致一些主要的原材料供不應求，例如一些目標材料、導電玻璃和矽烷氣體。德國賀利氏（Heraeus）公司供應中國目標材料超過60%。在導電玻璃方面，日本的NSG集團和美國AFG工業公司佔據中國相當大的市場份額。

薄膜電池的廣泛應用也有市場障礙，當前多晶矽缺料的問題正在緩解，價格也大幅下降，這勢必衝擊各類薄膜電池在成本上的優勢。此外，資料顯示，薄膜太陽能電池的設備投資，幾乎是晶體矽電池設備投資額的10倍，籌資難度增高。中國國內薄膜電池產業起步更晚，受生產設備和技術瓶頸的制約，產業發展一直緩慢。

薄膜太陽能電池生產設備複雜昂貴，尤其是關鍵設備，更是高達上千萬美元，長期以來一直被歐洲、美國和日本的企業壟斷。目前，生產設備製造成本佔我國薄膜太陽能電池發電成本的七成左右，這導致電力上網價格比傳統電價高出一大截，其產業化瓶頸十分明顯。

薄膜電池中的CIGS電池較具發展潛力。薄膜塗層電池由於低成本特點，轉換效率不斷提升，未來市場份額勢必會明顯增長，薄膜電池行業增速將繼續高於晶矽電池行業增速。目前主要是材料成本較高，需要配置追日聚光系統，因此應用受限。

薄膜電池行業在最近幾年才成規模，不論技術水平、行業成熟度、供應鏈等均處於逐漸成熟的過程中。首先從供應鏈看，薄膜電池產業鏈也處於新建過程中，部分原材料;其次，其設備接近專業設備，價格高昂，設備商的利潤空間很高，因此生產和檢測設備需重點關注。

薄膜太陽能電池還需要進一步降低成本和提高效率。技術和設備成本是制約的關鍵。應當實現薄膜產業高端裝備國產化，擴大薄膜電池的產量，以規模化帶動成本降低。

根據國家統計局數據測算，到2020年，我國城鄉房屋建築面積約為890億平方米，以東、南、西牆牆面積的15%、屋頂面積的10%計，直接市場規模超過10萬億元，間接市場規模達30萬億元，相當於我國汽車市場的3-5倍。即使按照10%的轉化率和太陽能平均每年1300個發電小時計算，裝機規模相當於368個葛洲壩或45個三峽，可替代全社會30%左右的年用電需求。而對於薄膜發電技術來說，憑藉其獨特的優勢，在光伏建築一體化（BIPV）領域是極具市場競爭力的。

雖然薄膜電池尚未形成產業化，在轉化效率方面也低於晶矽電池（美國MiaSole15.5%、德國Manz14.6%），但CIGS薄膜電池轉化效率以1-1.5%/年提升。因此，五年後薄膜電池轉化效率有望超過晶矽電池，加之規模化的形成，屆時綜合成本將低於晶矽電池，將會成為市場的主流選擇。

從近幾年薄膜電池的發展勢頭來看，銅銦鎵硒是其中唯一增長的薄膜類電池。薄膜電池材料消耗少、製備能耗低、組件生產可在一個車間內完成，成本優勢明顯。如果薄膜電池組件效率與晶矽電池相差無幾，其性價比將是無可比擬的。在柔性襯底上製備的薄膜電池，具有可捲曲摺疊、不拍摔碰、重量輕、弱光性能好等優勢，將來的應用前景將會更加廣闊。加之光伏建築一體化等分布式光伏的應用，預計5-10年後，薄膜電池將佔據30%以上的市場份額。

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