薄膜太陽能電池市場現狀解讀

　　環境與能源問題一直是受國際關注的熱點問題，人類對可持續能源的需求變得十分迫切，中國政府在「十二五」規劃中對新能源提出了具體的發展目標。在新能源領域，太陽能光伏發電佔據了重要的位置。

　　光伏產業發展迅猛，光伏產品應用具有多樣性，這些為薄膜太陽能電池提供了發展機遇，但薄膜太陽能電池仍面臨著很大的挑戰：對於一些化合物材料的物理科學問題缺少充分的理解，工藝技術有待創新改進，還需要新材料和新結構來替代貴材料和毒材料，尤其是化合物薄膜電池，關鍵精密設備與工藝的集成度有待深入研究開發。

　　一、太陽能薄膜電池：能源的救星

　　CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa（1-x）Se2的簡寫，其具有穩定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優點。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉化效率2014年12月刷新為21.7%，由德國太陽能和氫能研究機構ZSW採用共蒸鍍法製備。大面積電池組件轉化效率及產量根據各公司製備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%範圍內。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產成本低、汙染小、不衰退、弱光性能好等特點，光電轉換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體矽太陽電池，而成本則是晶體矽電池的三分之一，被國際上稱為「下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池」。此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建築物的玻璃幕牆等，在現代化高層建築等領域有很大市場。雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優勢，但他也面臨三個主要的問題：

　　（1）製程複雜，投資成本高

　　（2）關鍵原料的供應不足

　　（3）緩衝層CdS具有潛在的毒性。

　　二、全球薄膜太陽能電池產量分析

　　薄膜太陽能電池產量創下新紀錄

　　近些年太陽能光伏發電技術發展迅猛，過去10年間世界光伏電池和組件的產量年增幅大於35%。根據Solarbuzz最新年度光伏市場報告，2010年全球光伏市場安裝量達到18.2GW，比2009年增加139%。從產值看，2010年光伏產業全球營收達到820億美元，與2009年相比增幅達105%。2010年全球前5大光伏市場國家為德國、義大利、捷克、日本和美國，這5個國家佔據全球安裝量的80%，日本和美國的光伏市場增長速度很快，年增長分別達到101%和96%。

　　總體而言，2010年世界上有100多個國家為光伏產業的迅速增長做出了貢獻。另外，從產量看，2010年全球太陽能電池產量達到20.5GW，中國大陸和中國臺灣的電池產量佔全球總產量的59%。從廠商出貨量看，尚德電力和晶澳太陽能並列第一，緊隨其後的是美國第一太陽能。其中薄膜太陽能電池佔全球太陽能電池總產量的13.5%，這也是光伏市場薄膜電池產量的新紀錄。

　　目前在光伏市場上薄膜太陽能電池的產品類型主要有CdTe薄膜電池、矽基薄膜電池和CIGS薄膜電池。這些薄膜太陽能電池根據襯底材料可以分為剛性（即玻璃襯底）電池和柔性（不鏽鋼或聚酯膜襯底）電池。其中柔性電池的優點是可摺疊、重量輕、不易碎。與常規的晶體矽太陽能電池相比，這些薄膜電池使用材料很少，構成太陽能電池的薄膜材料厚度不超過5微米，而晶體矽電池厚度約180微米～200微米。各種材料薄膜太陽能電池以其特有的優勢和逐漸成熟的工藝技術佔有了光伏市場的一席之地，而且成長速度非常快。工藝、材料是規模化生產最大瓶頸

　　薄膜太陽能電池因為廉價的襯底材料（如玻璃、不鏽鋼、聚酯膜），有柔性，材料禁帶寬度可調控，組件溫度係數低等優點很受矚目，在光伏市場的應用規模逐漸擴大，2010年已經佔13%以上的市場份額。各種薄膜電池都有一些瓶頸問題尚未解決。

　　薄膜電池行業處於發展初期，市場份額遠低於晶體矽電池，但未來市場空間巨大，全球光伏發電產業的飛速發展引發了全球多晶矽供應的持續緊缺，嚴重的制約了晶體矽電池產業的發展，晶體矽電池企業之間的搶料和價格競爭也隨之加劇。與晶體矽電池相比，薄膜電池具有原材料充裕、能耗小、成本相對低廉的優勢，薄膜電池行業悄然興起。

　　矽薄膜電池已逐漸具備產業爆發性增長的條件，有望超越其他種類的薄膜電池：

　　1、矽薄膜電池技術成熟度高，發展路徑清晰，使用疊層工藝將使轉換效率及衰減問題不再突出；

　　2、薄膜電池設備供應商快速崛起對行業迅猛發展起到了重要的推動作用；

　　3、矽薄膜電池在原材料易得性與清潔安全等方面均不存在瓶頸。薄膜光伏電池是在低成本的玻璃、塑料、不鏽鋼等基板上沉積形成很薄的感光材料實現光電轉換，主要包括矽薄膜電池（a-Si、a-Si/c-Si等）、碲化鎘（CdTe）、銅銦硒（CIS、CIGeS）。

　　2015年全球薄膜太陽能電池的產能約為9.3GW，產量約為4.4GW（圖。按技術劃分，2015年矽基薄膜電池的產能佔比為38%，銅銦鎵硒薄膜電池的產能佔比為27%，碲化鎘薄膜電池的產能佔比為35%。

　

　

　　目前矽基薄膜太陽能電池，無論單結、雙結還是三結電池，製造工藝都是採用等離子體增強的化學氣相沉積（PECVD）方法，真空腔的清洗基本是氟化物（SF6或NF3），排出物是含氟氣體。荷蘭科學家Rob van der Meulen等在2011年第19期的Progress in photovoltaics：Research and Applications上發表文章稱，這種含氟氣體對環境造成的溫室效應比CO2高17200～22800倍。太陽能光伏發電一直以來被認為是綠電，那麼在製造環節中也應該採用綠工藝。對於矽基薄膜電池廠商來說，有尋找新的清洗氣體替代當前的氟化物的方案，降低溫室氣體排放。另一種方案是儘快提高電池的轉換效率，當穩定效率達到12%～16%，才有可能補償排放的溫室氣體對環境的影響。此外由於矽薄膜組件效率低（5%～7%），在光伏系統應用中單位發電功率佔地面積幾乎是晶體矽組件（效率為13%～15%）的2倍，相應地，BOS的成本也要增加，可見提高矽基薄膜組件的光電轉換效率是贏得市場的重要條件。

　　最近幾年，更多的人開始關注CIGS薄膜太陽能電池，量產化成功的案例是日本的SolarFrontier（前身是Showa Shell），技術和設備是自主開發的。其CIGS薄膜的技術路線是濺射加後硒化處理，核心就是後硒化處理。由於硒化過程採用有毒氣體，硒化設備的設計非常重要，而市場上沒有專業的硒化設備供應商。此外採用蒸發技術製備CIGS薄膜遇到的問題是如何做到大面積薄膜的均勻性和可靠性，包括薄膜的微結構、光學、電學和厚度等的均勻性和可靠性。除了上述技術上的難題，原材料In也是人們議論的焦點之一。In是貴金屬，地球上材料豐度小，可能會限制這類電池的大規模生產。這就對新材料的開發提出了高的要求。PV-tech.com網站2011年5月報導瑞士科學家在柔性塑料襯底上製備出18.7%轉換效率的CIGS電池，柔性電池的主要優點是可以採用卷對卷工藝來降低製造成本。上圖給出了美國Global Solar公司的產品示意圖。柔性電池產業化道路上的主要障礙是如何在低溫條件下製備性能優良的薄膜。

　　美國第一太陽能對CdTe薄膜電池技術嚴密封鎖，其他欲進入該領域的企業在量產化過程中困難重重。目前中國的薄膜電池企業大部分在矽基薄膜領域，也有一些企業開始進入CIGS和CdTe薄膜電池領域。這些企業比較普遍的做法是關鍵設備和原材料從國外進口，由於缺少核心技術，遇到的問題是整條生產線各種設備的兼容性不理想，設備與工藝的集成度不高，導致產品良品率低，成本難以下降，市場競爭力弱。

　　三、全球主要薄膜太陽能電池製造商

　

　　四、多晶矽薄膜太陽電池的發展狀況

　　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。

　　薄膜電池生產設備：矽基薄膜電池，銅銦鎵硒電池CIS/CIGS，碲化鎘薄膜電池CdTe，染料敏化電池生產技術及研究設備。

　　近年來，太陽能光伏電池市場正在向薄膜太陽能光伏產品轉移。薄膜太陽能電池的優勢在於其產業鏈的耗能更低；製備材料選擇更廣泛；製備技術多樣；比晶體矽太陽能電池有更高的每瓦發電量；產品的發電效率的提升有更大的潛力；產品重量更輕並且可以柔性化，使用範圍更寬泛，更適合於光伏建築一體化。其中實驗室效率超過了20%的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是光伏轉換效率最高的薄膜太陽能電池。由於銅銦鎵硒太陽能電池沒有光致衰減效應、性能穩定、發電量高、對環境友好，所以它是歐洲、日本和美國最為關注的新一代高效薄膜太陽能電池。

　　採用真空沉積技術製備的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池不僅創下了轉換效率20.4%的記錄，而且已經成熟地大規模工業化了，產品已經具備成本競爭力。非真空法技術製造銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有更低成本和易於大面積的潛在優勢，也吸引了愈來愈多的關注，歐洲、美國和日本的主要銅銦鎵硒薄膜太陽能電池企業的最佳組件產品效率都已超過13%。

　　五、薄膜太陽能電池市場發展分析

　　1、薄膜太陽能電池市場狀況

　　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。

　　2、薄膜太陽能電池市場競爭現狀

　　技術領先是光伏企業發展的關鍵所在。在我國，以漢能控股集團為代表的光伏企業正在推動光伏產業從一代光伏（晶矽模式）向二代光伏（薄膜模式）的升級，並且已經掌握了最有前景的技術。目前A股上市公司中涉及薄膜太陽能電池的公司主要有風帆股份、廣東榕泰、天威保變和綜藝股份等。2013年7月，漢能成功併購美國GlobalSolarEnergy公司，這是漢能繼2012年併購德國Solibro和美國MiaSolé公司之後，在一年內完成的第三次海外技術併購。對GSE的併購，使漢能成為全球首家實現柔性薄膜太陽能組件大規模量產的公司，同時也標誌著漢能通過全球技術整合，佔據了薄膜光伏技術的最前沿。目前，漢能掌握非晶矽-鍺、非晶矽-納米矽、銅銦鎵硒等7條全球領先的薄膜技術路線，薄膜太陽能組件量產轉化率已達到15.7%，研發轉化率最高已達19.6%。

　　據悉，漢能的薄膜技術不僅在國內是第一，在世界上也位居先列，而且擁有自主智慧財產權。其領先地位主要表現在原材料消耗少、能量回收期短、、可製成柔性薄膜組件、產品多樣化等方面。

　　目前，漢能已在四川、廣東、海南、浙江、山東、江蘇等地投資建設了太陽能薄膜發電產業研發製造基地，總產能達到3吉瓦。同時，漢能在全球進行電站資源開發，已與新疆、內蒙古、寧夏、江蘇、海南、山東、河北等省區以及歐洲多國籤訂了約10吉瓦的太陽能薄膜電站建設協議。

　　3、矽材料供應危機引來薄膜電池投資熱

　　薄膜電池的主要製造原材料為我國分布廣泛的銅、銦、鎵、硒。中國在發展CIGS薄膜太陽能電池產業上具有得天獨厚的有利條件。首先我國是全球最大的稀有金屬銦、鎵資源儲備和產出國，CIGS薄膜電池量產所需材料可以100%自給；其次，基於CIGS在下遊終端市場的表現和上遊製造環節的技術優勢，CIGS產業化大綱早被國家科技部列為「十二五」光伏規劃中，正在編制的「十三五」光伏規劃，應再次把CIGS薄膜電池技術作為我國未來發展重大科技項目。

　　早在上世紀70年代，非晶矽薄膜就被研製出來，但由於轉換效率只有多晶矽的一半，一直未能得到普及。最近幾年光伏產業的日漸受寵，引發了矽材料的供應危機。與此相應，繼太陽能組件熱、多晶矽熱之後，薄膜電池又成為國內光伏領域新的投資熱點。

　　4、風投轉向太陽能薄膜電池

　　世界銀行集團成員國際金融公司向中國新奧集團旗下新奧太陽能有限公司提供1.36億美元，建設一條大型薄膜太陽能模塊生產線。從某種意義上來講，風投是從主流大廠布局變動中嗅到了行業變動的預兆。

　　①。非晶矽。

　　非晶矽薄膜是太陽能電池核心原材料之一，也稱微晶矽。按照材料的不同，當前矽太陽能電池可分為三類：單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池和薄膜太陽能電池三種。非晶矽薄膜就是相對於單晶矽和多晶矽來說的。薄膜太陽電池作為一種新型太陽能電池，由於其原材料來源廣泛、生產成本低、便於大規模生產，因而具有廣闊的市場前景。

　　薄膜電池基本上分為：非/微晶矽薄膜電池、CIGS薄膜電池和CdTe薄膜電池三種。

　　其中，GIGS的轉換效率最高，約為10%～12%，CdTe的轉換效率次之，約為8.5%～10.5%，非/微晶電池最低，一般為6%～8%；但從原材料的可獲取性來看，非/微晶電池的原材料為矽烷，最為普遍，而另外兩種電池的原材料中均包含稀有元素化合物，可獲取性較低。

　　近年來，非晶矽薄膜太陽電池逐漸從各種類型的太陽電池中脫穎而出，在全球範圍內掀起了一股投資熱潮。大尺寸玻璃基板薄膜太陽電池投入市場，必將極大地加速光伏建築一體化、屋頂併網發電系統以及光伏電站等的推廣和普及。同時，非晶矽薄膜電池在高氣溫條件下衰減微弱，所以也適合高溫、荒漠地區建設電站。

　　②。銅銦鎵硒電池板。

　　CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa（1-x）Se2的簡寫，其具有穩定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優點。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉化效率2014年12月刷新為21.7%，由德國太陽能和氫能研究機構ZSW採用共蒸鍍法製備。

　　大面積電池組件轉化效率及產量根據各公司製備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%範圍內。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產成本低、汙染小、不衰退、弱光性能好等特點，光電轉換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體矽太陽電池，而成本則是晶體矽電池的三分之一，被國際上稱為「下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池」。

　　此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建築物的玻璃幕牆等，在現代化高層建築等領域有很大市場。雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優勢，但他也面臨三個主要的問題：

　　（1）製程複雜，投資成本高

　　（2）關鍵原料的供應不足

　　（3）緩衝層CdS具有潛在的毒性。

　　③。碲化鎘。

　　CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，帶隙1.5eV，與太陽光譜非常匹配，最適合於光電能量轉換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率（28%），性能很穩定，一直被光伏界看重，是技術上發展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜，沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池是太陽能電池中最容易製造的，因而它向商品化進展最快。

　　提高效率就是要對電池結構及各層材料工藝進行優化，適當減薄窗口層CdS的厚度，可減少入射光的損失，從而增加電池短波響應以提高短路電流密度，較高轉換效率的CdTe電池就採用了較薄的CdS窗口層而創了最高紀錄。要降低成本，就必須將CdTe的沉積溫度降到550℃以下，以適於廉價的玻璃作襯底;實驗室成果走向產業，必須經過組件以及生產模式的設計、研究和優化過程。

　　④。有機薄膜太陽能電池。

　　有機太陽能電池，顧名思義，就是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。主要是以具有光敏性質的有機物作為半導體的材料，以光伏效應而產生電壓形成電流，實現太陽能發電的效果。有機薄膜太陽能電池具有材料潛在的低價格、加工容易、可大面積成膜、分子及薄膜性質的可設計性、質輕、柔性等顯著優點，但有機半導體的載流子遷移率較無機半導體低、穩定性差。目前有機太陽能電池光電轉換效率很低，只有將光電轉換效率提高到5%以上才可能大規模應用。

　　5、薄膜電池市場分類

　

　　目前研究領域開發出的薄膜太陽能電池可分成以下幾類：

　　1）矽基薄膜電池，包括：非晶矽薄膜電池、微晶矽薄膜電池；

　　2）化合物半導體電池，包括：銅銦鎵錫系列薄膜電池（CIGS）、碲化鎘系列薄膜電池（CdTe）；

　　3）新技術新材料電池，包括：有機薄膜太陽能電池、納米染料二氧化鈦薄膜太陽能電池和球狀矽薄膜電池。

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