1.薄膜太陽能電池發(fā)展的背景

　　為實現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，中國、美國、德國、日本等國家紛紛鼓勵發(fā)展太陽能等可再生能源，迅速增長的光伏市場拉動了光伏產業(yè)的發(fā)展。太陽能光伏可分為晶硅和薄膜兩種電池技術路線。晶體硅太陽能電池以高轉化效率的優(yōu)勢晶硅太陽能電池是目前技術最成熟、應用最廣泛的太陽能光伏產品，但晶體硅的光吸收能力較低，在弱光條件下幾無發(fā)電，只適用于強光環(huán)境；電池材料厚且易碎，不能制成柔性組件，這都限制了其應用。目前靠規(guī)?；a已將晶硅電池的成本降低到極致，技術突破顯得尤為迫切。采用新的技術實現(xiàn)產品多元化，提高電池轉換效率、降低材料與能源消耗、縮小產業(yè)鏈、增強產率及良品率是光伏產業(yè)發(fā)展的根本出路。

　　2.薄膜太陽能電池的特點

　　薄膜太陽能電池正是實現(xiàn)降低成本及產品多元化的有效途徑。與晶硅電池相比，薄膜太陽能電池具有顯著的成本優(yōu)勢：1）以玻璃、塑料、金屬箔等廉價材料為襯底；2）其微米量級的器件厚度節(jié)省了昂貴的半導體材料；3）低溫下即可制備，能耗低、能源回收期短；4）大面積連續(xù)化生產，電池材料、器件、商品化組件在一個車間內可同時完成，有效縮小了產業(yè)鏈。

　　與單一的晶硅電池相比，目前已發(fā)展了不同種類的薄膜太陽能電池，如硅基薄膜太陽能電池、碲化鎘(CdTe)太陽能電池、銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池、染料敏化太陽能電池、有機太陽能電池等。這些光伏電池具有不同的性能優(yōu)勢，各有其市場與消費群體定位，可有效降低同質產品之間的惡性競爭。

　　硅基薄膜太陽能電池包括多晶硅、非晶硅、微晶硅等材料制作的電池。多晶硅薄膜太陽能電池由于所使用的硅遠較單晶硅少，無效率衰退問題，有可能在未來太陽能發(fā)電市場上占有一席之地。非晶硅太陽電池由于具有較高的光電轉換效率和較低的成本等特點，但轉換效率不高，影響其推廣應用。與非晶硅電池相比，已發(fā)展的非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池，其具有更高的穩(wěn)定效率。

　　CdTe太陽能電池較其他的薄膜太陽能電池容易制造，因而它向商品化進展最快，已由實驗室研究階段走向規(guī)?；I(yè)生產。目前CdTe制造成本已低至1.28$/W，是所有太陽能電池中制造成本最低者，需要大量模組來鋪設的并網(wǎng)型大型太陽能設施計劃如發(fā)電廠等很適合應用CdTe模組。而且其溫度系數(shù)低（約為-0.25%/℃），對弱光的敏感度高，更適合于高溫、沙漠及潮濕地區(qū)等嚴苛應用環(huán)境。

　　CIGS薄膜電池是目前唯一能達到晶體硅轉換效率且生產成本有潛力低于CdTe的薄膜電池。以玻璃為基底的電池CIGS組件，其轉換效率可達到多晶硅水平（小面積電池Eff=20.8%，1m2面積電池組件15.7%，量產化組件平均效率可達到13%）；以金屬箔或聚酰亞胺為基底的柔性CIGS組件，不怕摔碰，功率重量比可達1500W/Kg，適于移動便攜和空間電池。若生產設備和工藝技術成熟，其產片的性價比具有很強的競爭力，將會撬動晶硅電池的市場壟斷，打破其獨霸市場的格局。

　　染料敏化太陽能電池具有原料豐富、成本低、原材料和生產過程環(huán)境友好、制備技術相對簡單及性能穩(wěn)定的優(yōu)點。目前，小面積電池（面積小于1cm2）的光電轉換效率已經達到12.3%，100cm2以上的大面積電池效率也接近6%，該電池今后的研究重點是進一步提高DSC的光電轉換效率和電池實用化性能攻關。

　　有機太陽能電池以重量輕、可溶液成膜以及可彎曲的性質，得到了廣泛的關注。目前，加州大學通過采用三結方案，有機聚合物太陽能電池的光電效率已提升到11.5%，展現(xiàn)出探索串聯(lián)高效有機太陽能電池的可行性。但是，與現(xiàn)有成熟的硅基電池相比，電池的轉換效率較低。

　　對不同種類太陽能電池的特點做了綜合比較，從中可發(fā)現(xiàn)，目前已能進行產業(yè)化大規(guī)模生產的薄膜電池主要有三種：硅基薄膜太陽能電池、碲化鎘及銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。其中碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的轉換效率較高，可以與晶硅電池媲美，而且其制造成本低，產業(yè)化前景最為明朗。

　　3.薄膜太陽能電池發(fā)展的機遇

　　薄膜太陽能電池具有良好的柔韌性、用料少、能耗低、便于大面積連續(xù)生產、生產制造成本低等優(yōu)勢，在光伏建筑一體化和荒漠電站等領域顯示出良好的商業(yè)化應用前景，被公認為是未來太陽能電池發(fā)展的主要方向。我國在薄膜太陽能電池發(fā)展方面有著相當?shù)膬?yōu)勢。

　　近年來，隨著薄膜技術的不斷進步以及裝備性能的持續(xù)提升，薄膜技術產業(yè)化的步伐逐漸加大。2013年全球薄膜太陽能電池的產能達到8.4GW，產量約為4GW，產量產能均較2012年提高了20%。其中，硅基薄膜電池的產能占比為50%，銅銦鎵硒薄膜電池的產能占比為22%，碲化鎘薄膜電池的產能占比為28%。2014年，CIGS的電池效率不斷被刷新，薄膜太陽能電池技術正在重新獲得資本市場的青瞇。同時，我國多晶硅太陽能遭受的其他國家反傾銷、反補貼調查，也為我國薄膜光伏產業(yè)的發(fā)展提供了難得的機遇。

　　雖然我國薄膜電池技術研發(fā)及產業(yè)化發(fā)展仍處于起步階段，但是已經具備一定的產業(yè)基礎。在高轉換效率CdTe薄膜電池的制備及電池組件生產線的建設方面，我國目前已經進入世界先進行列。國內相關研究單位和企業(yè)已經介入碲化鎘薄膜電池技術研究中，并積累了大量的研究經驗。中國科學院電工研究所在普通廉價玻璃上制備出了厚度僅為2μm的CdTe多晶薄膜，經認證，其轉化效率達到14.4%，標志著我國CdTe電池研究進入了世界先進行列。杭州龍焱能源科技已建成一條年產30MWCdTe薄膜電池組件的生產線，并生產出平均轉換效率達到11.39%的CdTe電池組件產品。而且CdTe電池組件也已實現(xiàn)產業(yè)化應用，在河北鹿泉市西任村，華北第一座碲化鎘薄膜分布式光伏電站已實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電；在青海玉樹覺悟寺，基于碲化鎘薄膜太陽能組件的的風光互補離網(wǎng)太陽能系統(tǒng)也已建設完成并投入使用。這些成功案例必將進一步促進CdTe產業(yè)的發(fā)展。

　　對于起步相對較晚的國內CIGS產業(yè)而言，雖然也取得了一定的成果，但生產設備和技術瓶頸的制約也是顯而易見，目前為止量產的廠家?guī)缀鯖]有，用國產化組件建成運營的項目也是鳳毛麟角。在這種大背景下，除加強核心技術的自主創(chuàng)新外，國內CIGS產業(yè)采用的是“引進--吸收--消化--創(chuàng)新”的路線。隨著歐美CIGS產業(yè)技術向中國的開放，漢能借機收購了德國Solibro、美國Miasole及Global Solar生產線，取得三種不同工藝的銅銦鎵硒技術；中建材今年4月也通過保留品牌的方式收購了德國Avancis的銅銦鎵硒技術；深圳鑫明光控股美國Ascent Solar公司，均在中國落地進行國產化，Manz技術也對中國開放。對這些頂尖技術的消化吸收可為我國CIGS薄膜太陽能電池產業(yè)的發(fā)展提供高的起點。引進Manz集團CIGS模塊的云南石林項目已經被證明是一個成功的案例，預示著這種模式的可行性可以大規(guī)模鋪開。

　　從光伏應用來看，薄膜太陽能電池設備在屋頂或者地面，城市或者郊區(qū)都可以裝置，在光伏建筑一體化領域更是具有較大的市場潛力。薄膜太陽能電池可根據(jù)需求制成適合與建筑結合的光伏發(fā)電組件：雙層玻璃封裝剛性的薄膜太陽能電池組件，可以根據(jù)需要，制作成不同的透光率，可以部分代替玻璃幕墻，而不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽能電池適用于建筑屋頂?shù)刃枰煨偷牟糠?。將薄膜太陽能電池應用于城市大量的既有和待開發(fā)的建筑外立面和屋頂，避免了現(xiàn)有玻璃幕墻的光污染問題，能代替建材，同時發(fā)電又節(jié)能，將成為未來城市利用光伏發(fā)電的主要方向。我國的溫室大棚面積世界第一，且城市建筑資源豐富，為薄膜光伏發(fā)電提供了廣闊的市場。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)測算，到2020年，我國城鄉(xiāng)房屋建筑面積約為890億平方米，以東、南、西墻墻面積的15%、屋頂面積的10%計，直接市場規(guī)模超過10萬億元，間接市場規(guī)模達30萬億元，相當于我國汽車市場的3-5倍。即使按照10%的轉化率和太陽能平均每年1300個發(fā)電小時計算，裝機規(guī)模相當于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。

　　不可否認，國家政策一直是光伏行業(yè)發(fā)展的主推手?？萍疾俊l(fā)改委在相關規(guī)劃里面明確指出對薄膜產業(yè)化的研發(fā)需求。在十二五規(guī)劃中，國家力挺薄膜電池，薄膜電池技術被列入國家產業(yè)化大綱。國家高度重視分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，并出臺了各種配套政策和實施方案，有力推動了分布式光伏發(fā)電在眾多領域的多種方式利用，薄膜光伏產業(yè)呈現(xiàn)出良好發(fā)展態(tài)勢。

　　從資源角度看，我國發(fā)展薄膜太陽能電池有著得天獨厚的天然優(yōu)勢。我國鎘礦資源約占世界鎘礦資源總量的23%，居世界第一位，碲的儲量在世界上處于第三位。我國碲儲量約為2.2萬噸，居全球第三位，這為我國碲化鎘產業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎。中國豐富的稀土資源，為CIGS薄膜太陽能電池在中國國內的發(fā)展奠定了堅實的基礎。全球已探明的In儲量中國占70%，目前我國已經作為戰(zhàn)略資源實行出口許可證制度。因此發(fā)展CIGS技術和產業(yè)必定要到中國，中國將成為CIGS的最大生產國。

　　4.結語

　　不管是從政策扶持，還是現(xiàn)有的產業(yè)基礎來看，中國薄膜電池產業(yè)的發(fā)展進程勢必不可阻擋。未來幾年，憑借其在建筑應用領域的獨特優(yōu)勢，薄膜太陽能電池的市場份額將逐年提升。相信隨著薄膜國產化技術的進步、輔助配套設施的同步發(fā)展、原材料供應及性能的日益完善，薄膜太陽能電池在我國將會有更好的發(fā)展。開發(fā)符合我國實際和現(xiàn)實需求的具有自主知識產權的成套工藝技術和關鍵設備制造技術，迅速擴大市場，是目前我國薄膜太陽能電池產業(yè)發(fā)展的關鍵。

　　文/CSST中央研究院節(jié)能環(huán)保分院 王守玲，馬鐵

關注讀覽天下微信， 100萬篇深度好文， 等你來看……