2010-2015年中国铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池产业动态及投资策略咨询报告.doc

2010-2015年中国铜铟镓硒（cigs）薄膜太阳能电池产业动态及投资策略咨询报告2010-2015年中国铜铟镓硒（cigs）薄膜太阳能电池产业动态及投资策略咨询报告报告目录第一章铜铟镓硒（cigs）薄膜太阳能电池概述13第一节 太阳能电池的分类13一、硅系太阳能电池13二、多元化合物薄膜太阳能电池15三、聚合物多层修饰电极型太阳能电池17四、纳米晶化学太阳能电池17第二节 铜铟硒（cis）薄膜太阳能电池介绍18一、cis太阳电池的结构18二、cis电池的特点19三、生产高效cis太阳电池的难点20第三节 铜铟镓硒（cigs）薄膜太阳能电池介绍20一、cigs太阳能电池基本概念20二、cigs太阳电池的结构20三、cigs薄膜太阳电池的优势21四、cigs薄膜三种制备技术的特点22第二章2009-2010年世界cigs薄膜太阳能电池产业发展状况分析26第一节2009-2010年世界薄膜太阳能电池的发展分析26一、全球薄膜太阳能电池产业迅速发展26二、三种薄膜太阳能电池进入规模生产29三、薄膜太阳能电池企业纷纷布局30第二节2009-2010年世界cigs薄膜太阳能发展概况32一、全球cis薄膜太阳能电池研究概况32二、全球cigs电池发展现状34三、全球铜铟镓硒太阳能电池领导厂商发展概况35第三节 2010-2015年世界cigs薄膜太阳能电池产业发展趋势分析37第三章2009-2010年世界主要国家cigs薄膜太阳能电池发展分析37第一节2009-2010年世界cigs薄膜太阳能企业发展动态37一、ibm与tok将共同开发新型cigs太阳能电池37二、德国solibro开始提供cigs太阳能电池38三、ibm涂布法cigs太阳能电池转换效率突破838四、veeco公司cigs薄膜太阳能电池设备获得订单39五、亚化宣布进军cigs薄膜太阳能领域39第二节2009-2010年美国cigs薄膜太阳能电池发展分析40一、美国cigs化合物太阳能电池研发状况40三、美国cigs化合物太阳能电池厂商商业化动向41四、2009年美国cigs电池转换效率再创历史新高42五、美国发布cigs型太阳能电池玻璃底板成膜装置42第三节2009-2010年日本cigs薄膜太阳能研发状况43一、日本研制成功cigs太阳电池新制法43二、日本采用cigs太阳电池技术成功试制图像传感器43三、日本量产型cigs型太阳电池模块光电转换率实现15.9%44四、日本柔性cigs太阳能电池单元转换率达全球之首44第四章2009-2010年国外cigs太阳电池主要生产企业运营透析45第一节 美国global solar energy inc.（gse）45一、2009年gse美国cgis太阳能电池生产厂投产45二、世界最大cigs薄膜太阳能电池阵在gse投入使用45第二节 日本的honda soltec co.,ltd46一、本田soltec开发出cigs型太阳能电池46二、本田公布cigs太阳能电池技术47第三节 日本showa shell solark.k.47第四节 美国nanosolar inc.48一、公司概况48二、nanosolar量产世界首款使用印刷技术的cigs太阳能电池48三、nanosolar开发出cigs薄膜太阳能电池沉积新法49第五节 美国ascent solar technologies, inc.49一、公司概况49二、美国空军选择ascent公司继续开发cigs叠层太阳电池57三、ascent solar cigs薄膜组件已开始量产57第五章 2009-2010年中国cigs薄膜太阳能产业运行形势分析 4258第一节2009-2010年中国cigs薄膜太阳能产业发展综述58一、中国cigs薄膜太阳能电池研发概况58二、我国台湾cigs薄膜太阳电池研制获重大突破59三、2009年cigs薄膜太阳能组件项目落户广州白云区59第二节2009-2010年台湾cigs薄膜太阳能产业运行分析 4361一、台湾正峰cigs薄膜太阳能已完成试产61二、台湾铼德cigs薄膜太阳能电池技术获重大突破61三、台湾八阳光电对cigs等薄膜电池的研发情况62第三节2009-2010年中国cigs薄膜太阳能产业发展存在的问题分析63第六章2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池的技术分析64第一节 cdte和cigs薄膜太阳能电池技术分析64一、cdte和cigs两种薄膜太阳能工艺概述64二、cigs和cdte两种光伏电池工艺存在的亮点65三、cigs和cdte两种光伏电池工艺面临的难题67第二节2009-2010年中国相关材料对cigs太阳电池的影响70一、ga对cigs薄膜太阳能电池性能的影响70二、na对cigs太阳能电池的影响72三、ovc薄膜材料对cigs太阳能电池的影响73第三节2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池的研究重点74一、小面积单电池技术74二、基板的可挠性75三、大面积模板的实用化76四、中国cigs薄膜太阳能电池发展分析76第七章2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池产业市场竞争格局分析77第一节2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池竞争现状分析77一、cigs薄膜太阳能电池技术竞争分析77二、cigs薄膜太阳能电池价格竞争分析78第二节2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池产业重点地区格局分析78一、薄膜太阳能电池市占有率78二、cigs薄膜太阳能电池产业集中度分析78三、cigs薄膜太阳能电池产业重点省市分析79第三节 2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池产业提升竞争力策略分析80一、战略综合规划80二、技术开发战略81三、区域战略规划82四、产业战略规划84五、营销品牌战略84六、竞争战略规划85第八章2009-2010年中国cigs薄膜太阳能电池产业优势企业竞争力分析87第一节 孚日集团股份有限公司87一、公司概况87二、公司主要财务指标分析88三、公司盈利能力及偿债能力分析89四、公司成长能力92五、公司竞争力分析102第二节 安泰科技股份有限公司102一、公司概况102二、公司主要财务指标分析103三、公司盈利能力及偿债能力分析106四、公司成长能力115五、公司竞争力分析121第三节 保定天威保变电气股份有限公司122一、公司概况122二、公司主要财务指标分析123三、公司盈利能力及偿债能力分析128四、公司成长能力132五、公司竞争力分析139第四节 无锡尚德太阳能电力有限公司139一、公司简介139二、公司主要财务及主要指标分析140三、公司成本费用情况143四、公司未来战略分析146第五节 中电电气（南京）光伏有限公司146一、公司简介146二、公司主要财务指标分析147三、公司成本费用情况150四、公司未来战略分析155第六节 江苏林洋新能源有限公司solf155一、公司简介155二、公司主要财务指标分析156三、公司成本费用情况162四、公司未来战略分析164第七节江西赛维太阳能高科技有限公司164一、公司简介164二、公司主要财务指标分析165三、公司成本费用情况168四、公司未来战略分析170第八节 常州天合光能有限公司tsl171一、公司简介171二、公司主要财务指标分析171三、公司成本费用情况175四、公司未来战略分析177第九节 河北晶澳太阳能有限公司jaso178一、公司简介178二、公司主要财务指标分析179三、公司成本费用情况182四、公司未来战略分析184第十节 阿特斯光伏电子（常熟）有限公司csi185一、公司简介185二、公司主要财务指标分析186三、公司成本费用情况190四、公司未来战略分析192第九章 2009-2010年中国薄膜太阳能电池产业运行走势分析192第一节2009-2010年中国薄膜太阳能电池发展分析192一、薄膜太阳能电池异军突起192二、中国薄膜电池产业发展现状193三、我国薄膜太阳能电池的发展将使平价上网提早实现196四、国家政策对薄膜太阳能电池今后发展方向197五、金融危机下薄膜太阳能电池成长性仍将看好198第二节2009-2010年中国薄膜太阳能电池面临的问题及对策199一、我国薄膜电池产业发展的瓶颈199二、薄膜太阳能电池效率和可靠性仍待提高199三、我国薄膜太阳能电池产业链有待完善201四、中国薄膜太阳能电池产业有待政策支持202五、薄膜太阳能电池的发展方向202六、提高薄膜太阳能电池效率的方法203第十章 2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池产业发展趋势预测分析205第一节2010-2015年中国薄膜太阳能电池行业发展前景分析205一、薄膜太阳能电池前景展望205二、薄膜太阳能电池产业前景广阔205三、非晶硅薄膜电池发展空间巨大205第二节2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池市场前景分析206一、cigs薄膜太阳能电池具有较大发展潜力206二、2015年薄膜太阳能电池市场格局展望208三、cigs薄膜太阳能销售市场预测210第三节2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池市场盈利预测分析211第十一章2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池投资机会与风险分析212第一节2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池产业投资环境分析212第二节2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池产业投资机会分析213一、薄膜太阳能电池成投资趋热213二、金融危机下薄膜太阳能电池成风投新宠214三、cigs薄膜太阳能电池商机庞大215第三节 2010-2015年中国cigs薄膜太阳能电池产业投资风险分析215一、市场运营风险215二、技术风险215三、政策风险216四、进入退出风险216第四节 专家投资建议217一、技术应用注意事项217二、项目投资注意事项217三、生产开发注意事项218四、销售注意事项219图表目录图表：太阳能电池产品分类14图表：晶体硅电池行业产业链14图表：cis薄膜太阳能电池的结构示意图14图表：三种柔性薄膜太阳电池转换效率的比较15图表：结合目前电池性能对未来组件效率和成本的预测16图表：典型cis太阳能电池结构示意图17图表：cis 薄膜的制备18图表：薄膜太阳电池的结构20图表：生成cigs薄膜的电化学反应过程23图表：美国cigs太阳能业者制程技术路线与产能规画40图表：2009年q1-2010年q1美国ascent solar technologies主要财务指标48图表：2009年q1-2010年q1美国ascent solar technologies账款及费用51图表：2009年q1-2010年q1美国ascent solar technologies净利润54图表：不同组成的cdte器件和以cu(in,ga,al)(ses)2为基的器件的最佳效率数据64图表：一些知名公司所产不同尺寸的cigs；cigs和cdte组件商品的最大效率和功率作了比较65图表：各种工艺的指标68图表：一维cigs吸收层带隙情况69图表：各类型太阳电池模组的转换效率目标73图表：国外及港台主要生产cigs薄膜电池的公司78图表：国内重点省市目前cigs薄膜电池规模78图表：2009年q3-2010年q1孚日集团股份有限公司主要财务指标87图表：2009年q2-2010年q1孚日集团股份有限公司资产负债88图表：2009年q2-2010年q1孚日集团股份有限公司营业收入91图表：2009年q2-2010年q2孚日集团股份有限公司现金流量95图表：2009年q1-2009年q4安泰科技股份有限公司主要财务指标102图表：2009年q3-2010年q1安泰科技股份有限公司105图表：2009年q2-2010年q1安泰科技股份有限公司现金流量108图表：2009年q2-2010年q1安泰科技股份有限公司资产负债114图表：2009年q2-2010年q1保定天威保变电气股份有限公司主要财务指标122图表：2009年q2-2010年q1保定天威保变电气股份有限公司盈利能力及偿债能力127图表：2009年q2-2010年q1保定天威保变电气股份有限公司资产负债131图表：2009年q1-2010年q1无锡尚德太阳能电力有限公司主要财务及主要指标139图表：2009年无锡尚德太阳能电力有限公司净利润141图表：2009年q1-2010年q1无锡尚德太阳能电力有限公司各种费用142图表：2008年q4-2009年q4中电电气（南京）光伏有限公司主要财务指标146图表：2008年q4-2009年q4中电电气（南京）光伏有限公司成本费用149图表：2006年-2009年中电电气（南京）光伏有限公司资产负债152图表：2009年q1-2010年q1江苏林洋新能源有限公司主要财务指标155图表： 2010年q1江苏林洋新能源有限公司利润158图表：2006年-2009年江苏林洋新能源有限公司现金流159图表：2009年q1-2010年q1江苏林洋新能源有限公司各种账款费用161图表：2009年q1-2010年q1江西赛维太阳能高科技有限公司主要财务指标164图表：2009年q1-2010年q1江西赛维太阳能高科技有限公司各种账款及费用167图表：2008年q4-2009年q4常州天合光能有限公司主要财务指标170图表：2008年-2009年常州天合光能有限公司现金流量173图表：2008年q4-2009年q4常州天合光能有限公司账款及费用174图表：2009年q1-2010年q1河北晶澳太阳能有限公司主要财务指标178图表：2009年河北晶澳太阳能有限公司净利润181图表：2009年q1-2010年q1河北晶澳太阳能有限公司账款及费用181图表：2009年q1-2010年q1阿特斯光伏电子（常熟）有限公司主要财务指标185图表：2009年q1-2010年q1阿特斯光伏电子（常熟）有限公司净利润187图表：2009年q1-2010年q1阿特斯光伏电子（常熟）有限公司账款及费用189图表：薄膜电池实验室研究现状国内外比较194图表：薄膜电池产品性能国内外比较194图表：3种柔性薄膜太阳能电池转换效率的比较199图表：组件成本与产能、光电转换效率的关系199图表：结合目前电池性能对未来组件效率和成本的预测199图表：cigs薄膜太阳能电池的目前最高水平200图表：中国（包括大陆与台湾地区）投入薄膜太阳能领域厂商一览表205图表：各种薄膜技术的比较207图表：晶体硅电池与非晶硅电池受温度的影响功率下降的分布示意图207图表：非晶硅与晶体硅在材料和制作工艺成本的对比208图表：传统能源耗尽年份208图表：各类型太阳能电池市场占有率预测209图表：2010-2014年影响cigs薄膜太阳能电池产品行业运行的有利因素211图表：2010-2014年影响cigs薄膜太阳能电池产品行业运行的稳定因素211图表：近年已获得风险投资的薄膜太阳能电池企业212第一章铜铟镓硒（cigs）薄膜太阳能电池概述 第一节 太阳能电池的分类 太阳能光伏电池(简称光伏电池)用于把太阳的光能直接转化为电能。目前世界各国正在研究的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率略低，但价格更便宜。另外，还有其他类型的太阳电池。一、硅系太阳能电池 1.单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%以上。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。单晶硅太阳电池的单体片制成后，经过抽查检验，即可按需要的规格组装成太阳电池组件，用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。2.多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池使用的材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率在12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生产成本较低，因此得到广泛应用。3.非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池是新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。非晶硅太阳电池的结构各有不同，但可以通过连续生产方式实现大批量生产。同时，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换率偏低，且不够稳定，所以尚未大量用作大型太阳能电源，多半用于如袖珍式电子计算器，电子钟表及复印机等产品。图表：太阳能电池产品分类资料来源：中国光伏协会及相关资料整理图表：晶体硅电池行业产业链资料来源：中国光伏协会及相关资料整理二、多元化合物薄膜太阳能电池 多元化合物太阳电池是指用非单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，主要有硫化镉太阳电池、砷化镓太阳电池、铜引铟硒太阳电池几种，虽然大多数尚未工业化生产，但预示着光电转换的满园春色。图表：cis薄膜太阳能电池的结构示意图 资料来源：中国光伏协会及相关资料整理图表：三种柔性薄膜太阳电池转换效率的比较材料体系实验室研究水平产品达到的转换效率非晶硅（a-si）15.5%610%碲化镉（cdte）16.5%610%铜铟镓硒化合物（cigs或cis）19.9%1013%资料来源：中国光伏协会及相关资料整理图表：结合目前电池性能对未来组件效率和成本的预测技术未来商业化组件效率（当前实验室水平的80%）未来综合性能（以标准硅电池未来商业化效率为参照标准）未来商业化成本指标硅（非标准）19.8%1.180.85（竞争力强）硅（标准）17.0%1.001.00（标准）铜铟硒（cis）15.9%0.920.54（竞争力很强）碲化镉（cdte）13.2%0.780.64（竞争力很强）非晶硅（单结）8.0%0.471.06（一般）非晶硅（三结或双结）9.7%0.570.88（竞争力强）资料来源：中国光伏协会及相关资料整理三、聚合物多层修饰电极型太阳能电池 聚光是降低太阳电池利用总成本的一种措施。通过积光器使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内，以增加光强，获得更多的电能输出。通常聚光器的倍率大于几十，其结构可采用反射式或透镜式。聚光器的跟踪一般用光电自动跟踪。散热方式可以是气冷或水冷，有的与热水器结合，既获得电能，又得到热水。用于聚光太阳电池的单体，与普通太阳电池略有不同，因需耐高倍率的太阳辐射，特别是在较高温度下的光电转换性能要得到保证，故在半导体材料选择、电池结构和栅线设计等方面都要进行一些特殊考虑。最理想的材料是砷化镓，其次是单晶硅材料。四、纳米晶化学太阳能电池 纳米晶tio2工作原理：染料分子吸收 太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的 tio2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入tio2导带中的电于最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。特点：廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10以上，制作成 本仅为硅太阳 电池的1/51/10寿命能达到2o年以上。第二节 铜铟硒（cis）薄膜太阳能电池介绍 一、cis太阳电池的结构 自70年代以来，为了大幅度降低太阳电池的成本，光伏界一直在研究开发薄膜电池，并先后开发出硅基薄膜电池（非晶硅太阳能电池。微晶、多晶硅薄膜太阳能电池）、硫化镐（cdte）电他，铜钢硒（cis）电池等。1976年，第一个cis多晶薄膜太阳能电池的诞生，真正激励了各国研究者。研究中，人们通过合金化合物cu(ga，in)se2和cuin(s，se)2的成功制备，将原有cis光伏材料的禁带宽度增大，使其更接近光伏转换最佳值约1.4ev ，在提高转换效率的同时获得了更高的开路电压。对高效多晶薄膜太阳能电池分析测试研究的结果表明，电池的转换效率是由活性吸收材料(如cuinse2) 中载流子的复合来控制。同时多数载流子在晶界边缘的复合也是造成多晶太阳能电池转换效率降低的另一重要原因。在多年研究结果的基础上，2000年西门子公司正式生产了图表：典型cis太阳能电池结构示意图资料来源：中国光伏协会及相关资料整理cis体的材料：一般将cuinse2和它的扩展材料都统称为cis材料。cis单晶的主要制备方法有水平布里奇曼法、移动加热法、硒化液相cu-in合金法、溶液法和水平梯度区冷却法。cis 薄膜的制备：cis薄膜的制备方法多种多样，大致可以归为三类: cuin的合金过程和se化分离；cu、in、se一起合金化；cuinse2化合物的直接喷涂。主要的制备技术包括:真空蒸镀、电沉积、反应溅射、化学浸泡、快速凝固技术、化学气相沉积、分子束外延、喷射热解等。其中蒸镀法所制备的cis太阳能电池转换效率最高。另外，电沉积工艺也以其简单低廉的制作过程得到了广泛研究，有相当的应用前景。图表：cis 薄膜的制备资料来源：中国光伏协会及相关资料整理二、cis电池的特点 1.低成本cis电池采用了廉价的na-lime玻璃做衬底，采用溅射技术为制备的主要技术，这样cu，in，ga，al，zn的耗损量很少，对大规模工业生产而言，如能保持比较高的电池的效率，电池的价格以每瓦计算会比相应的单晶硅和多晶硅电池的价格低得多。2.高效率禁带宽度（1.1ev）适于太阳光的光电转换；容易形成固溶体以控制禁带宽度的特点，目前实验室样片效率达到18.8。3.可大规模生产近二十年的研究表明，cis电池的界面是化学稳定的；亚稳态缺陷对载流子有正面的影响；而cu漂移是可逆的，它的漂移缓解了在材料中的化学势产生的缺陷梯度，这种适应性使其有很好的抗辐照和抗污染能力，从而具备大规模生产的优势。三、生产高效cis太阳电池的难点 （1）多层薄膜的制备技术，及薄膜厚度和掺杂的均匀控制。（2）高质量多晶薄膜的制备，产生致密性粒径大于1微米cis薄膜。（3）大面积生产的稳定性。第三节 铜铟镓硒（cigs）薄膜太阳能电池介绍 一、cigs太阳能电池基本概念 以铜铟镓硒为吸收层的高效薄膜太阳能电池，简称为铜铟镓硒电池cigs电池。其典型结构是：glass/mo/cigs/zns/zno/zao/mgf2。（多层膜典型结构：金属栅/减反膜/透明电极/窗口层/过渡层/光吸收层/背电极/玻璃）cigs薄膜电池组成可表示成cu(in1-xgax)se2的形式，具有黄铜矿相结构，是cuinse2和cugase2的混晶半导体。二、cigs太阳电池的结构 cigs光电池其结构有别于非晶型硅光电池，主要再于光电层与导电玻璃间有一缓冲层（buffer layer），该层材质通常为硫化铬（cds）。其载体亦可使用具可挠性材质，因此制程可以roll-to-roll方式进行。目前商业化制程是由shell solar所开发出来，制程中包含一系列真空程序，造成硬件投资与制造成本均相当高昂，粗估制程投资一平方米约需us$33。实验室常用的同步挥发式制程，放大不易，可能不具商业化可行性。另一家公司，iset，已积极投入开发非真空技术，尝试利用奈米技术，以类似油墨制程（ink process）制备层状结果，据该公司报导，已获初步成功，是否能发展成商业化制程，大家正拭目以待。另外，美国nrel亦成功开发一种三步骤制程（3-stage process），在实验室非常成功，获得19.2光电效率的太阳能电池。不过由于该制程相当复杂，花费亦大，咸认放大不易。在高转换效率cuin。一 ga se2(简称cigs)薄膜太阳电池中，电池的结构一般为：玻璃m0cigscdsiznozno：aln ia，如图所示。图表：薄膜太阳电池的结构资料来源：中国光伏协会及相关资料整理其中，cigs是p型半导体，带隙宽度为104124ev( =004)，作为太阳电池的吸收层；izno是高阻n一型半导体和zno：a1掺杂的低阻透明导电层一起作为窗口层，带隙宽度为337ev，cds作为缓冲层，其禁带宽度为240ev。如果由cigs与zno直接接触形成pn结，它们带隙相差太大，且由于它们晶格常数也相差较大，直接接触的晶格匹配不好，影响光伏电池的输出性能。因此，在cigs和zno之间增加一层很薄的cds(约50nm)作为缓冲层，形成cigscdszno结构，其能带组成如图所示 j。化学水浴法沉积的cds具有无针孔、结构致密的特点，与cigs薄膜的晶格失配较低，约为14l3。此外，它能够完整地包覆在粗糙的cigs表面，有效地阻止溅射zno对cigs薄膜的损伤，消除由此引起的电池短路现象，同时通过薄膜中cd原子扩散到cigs表面有序缺陷层进行微量掺杂，改善异质结的特性。三、cigs薄膜太阳电池的优势 （1）cuinse2中in用ga 替代，可以使半导体的禁带宽度在1.041.65ev 间变化，适合于调整和优化禁带宽。如在膜厚的地方调整ga的含量，形成梯度带隙半导体，会产生背表面场效应，可获得更多的电流输出；使pn 结附近的带隙提高，形成v字形带隙分布。能进行这种带隙裁剪是cigs系电池相对于si系和cdte系电池的最大优势。（2）cigs 可以在玻璃基板上形成缺陷很少的、晶粒巨大的、高品质结晶。这种晶粒尺寸是其他多晶薄膜无法达到的。（3）cigs 是已知半导体材料中光吸收系数最高的，达到105/cm（4）cigs是一种直接带隙的半导体材料，最适合薄膜化。同时由于极高的光吸收系数，电池吸收层的厚度可以降低23，这样就降低原材料的消耗。（5）cigs的na 效应。na 等碱金属是si系半导体中的杀手，但在cigs系中，微量的na 会提高转换效率和成品率，所以使用钠钙玻璃作为基板，除了成本问题，也有na 掺杂的考虑。（6）没有光致衰退效应（swe）的半导体材料，光照会提高cis 的转换效率，因此此类太阳能电池的工作寿命长。cigs 电池中所涉及的薄膜材料的制备方法主要是溅射方法和化学浴方法，这些方法均可以获得均匀大面积的薄膜，同时又为降低成本奠定了基础。四、cigs薄膜三种制备技术的特点 目前，cigs的制备方法主要为真空蒸发法、溅射法和电沉积法。真空蒸发法是较为传统的方法，在制作过程中能够有效地控制薄膜的成分。电沉积法是一种低温沉积方法，且是一种最具潜力的低成本制备cigs先驱薄膜的方法，在制备过程中，可以有效地控制薄膜的厚度、化学组成、结构及孔隙率，而且设备投资少、原材料利用率高、工艺简单、易于操作，但要想通过该方法制备理想的具有复杂组成的薄膜材料较为困难。溅射法一般通过溅射cuin和cuga沉积cuinga合金薄膜预制层，然后硒化制得。1.真空蒸发法真空蒸发法按照蒸发热源数目的多少可分为单源蒸发法、双源蒸发法和三源蒸发法。所谓单源蒸发就是利用单一热源(如热丝)加热cis(cigs)合金，使之蒸发沉积到玻璃基片上，获得cis(cigs)薄膜。此方法的优点是设备简单，缺点是要先期合成cis(cigs)合金作为蒸发源，不易控制组分和结构。双源蒸发即分别利用cu。se2和in2ses，或者cis(cigs)和se两种热源，蒸发后沉积在基片上，获得单相薄膜，此方法较单源法易于控制薄膜的组分和结构。三源蒸发即利用3种热源使cu、in和se分别蒸发后共同沉积到基片上。采用三源蒸发的关键是要控制三者蒸发和沉积的速率，以获得预期的成分。此方法的特点是易于控制组分和结构，与前两种方法相比，不用合成蒸发源材料。三源蒸发是当前应用最广、研究最多的方法。蒸发过程中cu、in、ga和se的蒸发速率和蒸发质量是决定元素配比和晶相结构的关键。大量试验表明，蒸发法制备cis薄膜的成分不仅与蒸发源物质的成分有关，还受衬底温度、蒸发速率和退火温度的影响。若在高温衬底下蒸发，必须在se气氛中进行；或者先在低衬底温度下蒸发cu或in，然后在se气氛中提高衬底温度(只有成为硒化物时，即使衬底温度达到823k，也不会出现反蒸现象)。影响cis和cigs薄膜形貌和结构的主要因素是cuin(或in+ga)的配比，接近1；1配比的薄膜除硬度大些外，其晶粒大，表面平整，与mo有好的附着性。成膜后的cu：in比值不仅与cu和in的原始投人量和蒸发速率(包括se)有关，还与衬底的加热过程紧密相关。蒸发法制备cis薄膜工艺复杂、重复性较差，在较大的面积上控制实际流量也不容易，反应速度慢，成本较高，因此不适合大规模生产。这也进一步限制了蒸发法制备cis和cigs薄膜的应用。2.溅射法溅射过程可定义为因受到高能投射粒子的撞击而引起的靶粒子喷射。该技术是物理过程而不是化学过程，因此极适于生长熔点和蒸气压都不大相同的元素所构成的化合物、合金以及大面积薄膜的沉积。cu、in和se蒸气可由高能惰性离子轰击电极或阴极表面，使原子运动喷出而形成。溅射的原子在衬底上沉积，形成薄膜。由于溅射原子与撞击离子数量成正比，这一过程可简单而精确地控制薄膜的沉积速率。与蒸发方法相比，溅射方法可以比较可靠地调节各元素的化学配比，使制得的cigs薄膜更能满足制备cu-rich和in-rich双层结构的要求。(1)粉末溅射(rf)piekoszewski等采用溅射法在衬底温度为293793k时，细粒粉末溅射形成贫se、富in的多相薄膜。单相化学计量比的culnse2薄膜可由粗粒粉末在对阴极形成。tsub为323627k，制备的薄膜是闪锌矿型； 为770k左右，生成的晶粒大小为1肛m，具黄铜矿结构。samaan等观察到rf法粉末粒度和电压对薄膜的结构和电阻均具有较大的影响。他在 673k时制备了黄铜矿结构的薄膜，并发现当ts 713k时，尽管晶体颗粒增大，但薄膜质量降低。该法的沉积速率虽然能够控制，但是沉积速率非常低。(2)反应磁控溅射cu+ in+ 2h2 s culnse2+2h2该法可以沉积出高质量的culnse2薄膜，单相薄膜可在ar+h2se的条件下通过cu、in反应溅射沉积而形成， 曲一673k。当ts 较高时，将形成过量in，in被二次溅射，达到化学计量比。该法可合成大颗粒高纯度的culnse2。其最大的缺点是合成过程中需排出大量反应生成的氢气，同时要安全地输送毒性很大的hzse。磁控管反应溅射是生产小面积(25cm25cm)薄膜颇有前途的技术，但是作为se源的hzse气体有毒，限制了该法的广泛应用。3. 低温沉积法在低温沉积中，电沉积法是一种低成本制造cigs先驱薄膜的最有潜力的方法。(1)沉积cigs薄膜的原理cigs薄膜中，每一种元素都具有不同的电化学性能，并且都需要在溶液中共沉积，这就使得整个系统变得非常复杂。4种元素的沉积电位相差很大，其中ga的还原最为困难。因此通常需要通过优化溶液条件使它们的沉积电位尽可能地接近以达到共沉积结晶的目的。图表：生成cigs薄膜的电化学反应过程资料来源：中国光伏协会及相关资料整理式中：m是金属cu、in和ga；x、y是原子或离子数； 是电子数或价数。(2)影响电沉积制备半导体cis(cigs)薄膜的因素因为电化学共沉积是多相(固液相均为多相)交界面的物质基本粒子与物质颗粒的复合运动与交换，那么就有诸多影响因素。影响电沉积薄膜质量的主要因素包括电压、电解质浓度配比、溶液的ph值及其沉积温度、基体材料的选择等。在制备过程中，上述参量中有一种发生变化，都将对制备的薄膜的性能及结构造成很大的影响，并会因此而改变沉积层的成分。 电压的影响电沉积一般有恒电压和恒电流两种方式，一般采用恒电压电沉积制备cis和cigs薄膜。电压的调整可以改变沉积的速度，沉积速度较慢时得到的薄膜表面形态好，与基底结合较好，不容易脱落起皮。 电解质浓度配比在溶液中，离子的浓度越高，其对应的电极电位就越大，将首先沉积出来，即在沉积成分中的含量高。反之，浓度越低，电极电位就越小，沉积出来的就少。调节离子浓度的比值，可以缩小它们之间的电极电位差值。这种调整一般可用化学平衡(酸碱平衡、沉淀及溶解平衡、络合平衡等)来实现。电解质溶液中各种离子的浓度对膜的成分有直接影响_2 ，但溶液中离子浓度的比值未必与薄膜设定组成相同。但镀液中离子浓度的比例愈高，在膜中的比例也愈高。溶液的ph值当有h 参加电极反应时，ph值的大小直接影响到不同元素的离子能否在阴极上共沉积以及沉积薄膜中不同元素原子的比例，而且电解质溶液的酸度也决定被还原物质的氧化态和还原态的形式，溶液的ph值对电化学反应和成膜反应都有较大的影响，通常只有在一定的ph值范围内才能形成指定结构的膜材料。在调整沉积物物理特性的问题上，ph值比其它因素更加重要。温度温度会影响迁移率、扩散速率，并常常对络合物的机制和稳定性有影响，这可能使添加剂分解。温度的升高一般将增加膜内惰性较强金属成分的含量。但是由于温度改变时会造成一些间接的影响，如改变了络合物溶液的组成等，故情况稍微复杂些。通常沉积温度保持在室温条件下。 基体材料的选择在不同的基体材料上，离子的沉积电位是不同的，电沉积制备的薄膜将会有不同的表面形貌。主要原因包括：基体表面上晶核的生成及长大速度不能控制；使用基体的晶体结构不规则(一般为多晶结构)；基体与沉积层的晶格常数不一致；基体材料中的杂质将会影响膜的质量。所以只有选择适当的基体材料才能制备出良好的薄膜。电沉积在原理上比较简单，但在电化学方面变得很复杂，因为除了沉积出三元(四元)的cis(cigs)外，还有可能沉积出单一元素或者其他二元素相。guulen等用xrd和选择化学刻蚀的方法确定cuse和inse化合物是前驱物膜的主要杂相。一般采用电沉积法制备cigs薄膜，要与蒸发法或溅射法结合起来调整元素配比，才能得到高质量的薄膜_2 。第二章2009-2010年世界cigs薄膜太阳能电池产业发展状况分析 第一节2009-2010年世界薄膜太阳能电池的发展分析 一、全球薄膜太阳能电池产业迅速发展 2008年全球薄膜太阳能电池产量达892 mw，同比增长123%，而在2007年全球薄膜太阳能电池产量达到400 mw，也较2006年的181 mw增长120%。产量增速连续两年超过120%，显示了薄膜太阳能电池极为强劲的发展势头。作为传统太阳能制造大国的日本，由于2008年全球硅原料需求畅旺导致价格高涨，其太阳能电池厂商纷纷转往材料成本低的薄膜领域发展。2008年日本薄膜太阳能电池产能达440.5 mw，同比增长133.7%。从目前全球太阳能电池的发展趋势来看，虽然硅基太阳能电池占据主流地位，但是它仍然存在不少缺陷，而薄膜太阳能电池作为一种新的选择出现，虽然短期内替代硅基太阳能电池的主流地位并不现实，但它对于全球光伏产业的巨大推动作用却毋庸置疑。另外，全球薄膜太阳能龙头美国first soalr计划于2014年使其碲化镉(cdte)薄膜太阳能电池模块每瓦制造成本达到0.520.63美元，相较于目前每瓦约0.93美元的成本下降30%40%，转换效率由目前10.9%拉升至12.5%，这无疑也将大大增加薄膜太阳能电池厂商的信心。从历史上看，发生经济危机的时候往往就是行业发生变化和更新换代的时候。这对印刷太阳能电池等新兴技术来说，是一个巩固优势、扩展市场的好机会。比起只能通过发电站传输的传统电池，印刷太阳能电池能随时随地为用户提供电能，因此未来的市场前景非常广阔。” 目前人们使用的大多数太阳能电池都是用晶体硅制成的，而且它们一般都被放置在玻璃等硬性承印物上。 据预测，碲化镉(cdte)、铜铟镓二硒(cigs)和染料敏化太阳能电池(dssc)等有机薄膜太阳能电池的销售额将从2009年的不到5亿美元增长到2014年的200亿美元。 到那时，薄膜太阳能电池将广泛采用聚酯有机材料进行生产，而且随着印刷速度的提高、成本的下降和产量的增加，有很一大部分薄膜太阳能电池都通过印刷的方式生产出来。公司认为在未来10年内，至少将有50%的太阳能电池会采用印刷的方式进行生产。目前，欧洲国家在推动印刷太阳能技术的发展上所起到的作用非常大，因为它们不但能为太阳能技术的开发提供了充足的资金，而且还能给太阳能电池的用户提供一定的补贴或税收优惠。 对与太阳能电池有关的项目来说，筹措资金并不是一件很困难的事，只是有时候需要人们等待的时间长一些。以印刷有机太阳能电池为例，当前的经济衰退无疑是给它带来了一个新的发展机遇，因为很多人都在寻找新的能源解决方案。很多企业都引进了太阳能电池的生产设备，以便为即将到来的经济复苏做好准备。” 目前，最活跃的一个印刷电子领域就是染料敏化太阳能电池(dssc)，因为它在所有薄膜技术中的应用范围最广。 作为欧洲最著名的印刷电子贸易协会，有机电子协会认为印刷电子技术最早将在消费品领域得到应用。在不远的将来，这项技术还将延伸到对与建筑物融为一体的太阳光电板（buildingintegratedphotovoltaic，bipv。将太阳光电系统结合建筑设计的一种节能建材产品，可直接取代传统屋顶、窗户、外墙及遮阳/雨棚等。可大幅改善传统太阳光电系统笨重外型，不但美观，而且还可以增加空间效益；打造另一个太阳光电建筑产业的市场商机)的生产过程中。据预测，从2015年开始，安装在住宅楼的房顶、外墙和其他地方上的印刷有机太阳能电池板将与电网相连，以便享受政府部门提供的上网电价政策（如补贴、税收减免等）。在今天的欧洲，似乎只有非晶硅太阳能电池才能享受长期保护电价，而再过5年左右，有机电子材料将达到或超过非晶硅的导电水平，并能与多晶硅的性能相媲美。 等到那个时候，太阳能电池的成本将达到与传统发电成本相同的水平，这也将进一步提升太阳能电池在能源市场上的份额。 欧洲光伏工业协会（epia）曾经预测，到2020年，太阳能电池在欧洲电力销售领域所占的市场份额大约为2%到3%，而去年年底，该协会将这一预测数据提高到了原来的四倍，达到了12%。 与这种乐观预期相反的是，德国政府于近日宣布，截止到2010年，太阳能发电只能占到该用电量的2%到3%。德国目前是欧洲地区安装太阳能电池数量最多的国家之一，因为它能为这类用户提供非常优厚的再生能源补贴。 直到现在，德国还在全球每年新增的太阳能产能中占据着一半以上的份额，但它在全球太阳能市场上的领导地位已经被西班牙所取代，后者在去年共安装了总发电量为2511兆瓦的太阳能装置。这一数字分别比德国和美国新增的发电能力高出了三分之二和七倍。 人们之所以预计太阳能电池在欧洲的增长速度会有所减慢，主要是因为西班牙政府对新增产能设置了500兆瓦的上限，但在其他欧洲国家，太阳能电池的产能将在政府的刺激下得到进一步提升。意大利就打算在今年将自己的太阳能电池产能提高一倍，达到500兆瓦。 欧洲光伏工业协会希望太阳能电池在欧洲的持续增长能够帮助投资者建立信心，而且随着成本的逐渐下降，这个领域的规模也将变得越来越大。 薄膜太阳能电池也做好了为用户提供更高投资回报率的准备。染料敏化太阳能电池的回本速度非常快通常在18个月到2年之间，而非晶硅太阳能电池的回本时间可能就要前者长2到3倍。 但是2009年，晶体硅太阳能电池的成本也出现了大幅下滑仅在第一季度就下跌了20%左右。这主要是由多晶硅供应商产能过剩造成的，而且根据预测，这将使多晶硅的价格从2008年的400美元/千克下降到50美元/千克。原材料成本的急剧下降迫使很多非晶硅太阳能电池的生产商开始想方设法降低产品价格。 目前，印刷太阳能电池并没有与晶体硅太阳能电池展开直接竞争，因为它的第一批商业化产品都被投向了消费市场，这对太阳能电池来说，是一个全新的市场。 位于英国威尔士的g24innovations公司一直致力于为消费品提供染料敏化太阳能电池技术，而且他们现在已经成为了新一代用于弱光和室内环境中的染料敏化薄膜太阳能电池的第一个商业制造商。 在过去的5到6年间，与建筑物融为一体的太阳光电板（bipv）一直被人们认为是欧洲地区最具潜力的一个市场，而且它们大多是采用印刷过程进行生产的。市场调研机构nanomarkets预测，全球bipv的销售额将从2008年的5.28美元增长到2015年的82亿美元。 在bipv系统中，太样能电池元件是直接嵌在建筑材料中的，因此它们可以传统太阳能电池板的理想替代品。 薄膜太阳能电池已经证明了自己在bipv领域中具有比晶体硅模块更高的成本和能源效率。据预测，薄膜太阳能电池将在未来六年内成