薄膜太阳能介绍

/薄膜太阳能介绍1光伏电池分类及薄膜太阳能的定义太阳能电池是利用光电转换原理将太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏特效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。作为光伏发电领域里的两大主力“健将”,晶体硅电池和薄膜电池目前处于一种竞争的局面。光伏电池按材料性质可分为两类：第一类是晶体硅电池:包括单晶硅和多晶硅,2007年晶体硅技术占市场份额的87。4%，其中，单晶硅电池是目前技术最成熟稳定且应用最广的电池，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，因此多晶硅市场份额逐渐超过单晶硅，成为光伏电池市场的主流。第二类是薄膜太阳能电池:顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，是指在塑胶、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜。这种薄膜厚度仅需数μm，在同一受光面积之下可较硅晶太阳能电池大幅减少原料的用量。2薄膜太阳能分类目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：包括非晶体硅(a-Si）电池、化合物半导体电池－碲化镉CｄＴe和铜铟镓硒CIGS.2。1非晶硅电池非晶硅薄膜太阳能电池技术所占市场份额最大，也是中国厂商发展薄膜太阳能电池的主要方向。截至2007年底，中国从事薄膜电池生产的企业接近20家，总生产能力达到8０MWp。2０06、２00７年中国非晶硅电池的产量分别为12MWｐ和28。3MWp。自200４年起中国非晶硅电池产业进入快速发展时期。分析其原因:一是由于世界光伏市场的拉动，二是薄膜电池产业技术不断走向成熟,三是太阳级多晶硅材料短缺成为世界光伏产业发展的制约因素，从而加速了薄膜电池产业的发展.与晶态硅太阳能电池相比,它具有制备工艺相对简单,原材料消耗少，价格比较便宜等优点。在上世纪80代中后期，非晶硅太阳能电池产量份额曾一度达到20％。目前占最大份额的薄膜太阳能电池是非晶硅太阳能电池，２。2CdTｅ太阳能电池除了非晶硅薄膜太阳能电池外，碲化镉（CｄＴe）是另一种已有实际量产的薄膜太阳能电池技术,它也是薄膜电池中历史最久、被密集探讨最多的一种。目前投入碲化镉技术生产,规模最大的当属美国FｉrｓtSolａｒ，几乎可与整个产业画上等号，其以低生产成本与高转换率,快速席卷薄膜太阳能市场，并直接威胁结晶硅太阳能电池的领导地位.2009年预估产能达1GWp，且转换效率可望达10%，另一家已量产ＣdTe薄膜太阳能电池厂为德国的AntecSolar，但产能为４MWp。除了ＦiｒstＳoｌar和AntecSolaｒ外，美国的PrimeｓtarSolar跟NREL和DOE合作，也投入CdTe薄膜太阳能电池的生产。

ＦirstSｏｌar是唯一克服技术困难持续投入研发基金的厂家，也成就现今骑在CdＴe领域的龙头地位。CdTe具有良好的吸光性，应用在薄膜太阳能上,具有较高的转换效率，加上其可在高温环境下快速沉积，适合大规模太阳能模块的商业化量产，这是FirｓtSolar坚持此技术路线的最大因素。2．３铜铟镓硒ＣIGS太阳能电池铜铟镓硒(CIGS／CＩＳ）薄膜太阳能技术由于具有高光电转换效率和低材料成本，后势发展也颇受业界注目.其中日本厂商昭和壳牌石油(SｈｏｗaShell)也于2007年开始进入铜铟镓硒领域，日前宣布将投入超过９亿美元,建造全球最大铜铟镓硒薄膜太阳能电池厂,预估年产能1GＷｐ,此外，该领域的厂商还有德国WuｒthSolar、美国Miaｓoｌe等。不过,碲化镉ＣdTe和铜铟镓硒CIGS两种技术还都存在工艺复杂，投资成本高、关键原料碲的天然运藏量有限，镉的毒性等使人们无法放心的接受等问题尚待解决.这类光伏电池的大规模发展受到原材料、技术、投资等方面的制约,因此，今后短期内发展的重点仍是晶体硅光伏电池,尤其是多晶硅光伏电池.3薄膜太阳能电池的特点３．1薄膜太阳能的优势3。1。１原材料成本优势明显多晶硅材料价格较高，薄膜太阳能电池成本优势凸现。薄膜电池,常常被称作第二代光伏电池，包括了许多不同的技术，而不同薄膜电池技术都有一个共同点,都大幅降低了光吸收材料的用量.其用硅量极少，薄膜电池使用不到１%的生产硅片电池的原材料，这显著降低了生产成本.作为太阳能电池和半导体的重要材料，随着全球光伏业的兴盛，多晶硅国际市场价格一路飙升，从2005年的每公斤35美元一路攀升至2008年每公斤480美元，这种利益驱动也促使国内多晶硅项目投资热渐趋升温.薄膜太阳能电池较少使用晶体硅材料,相对于高昂的晶体硅材料来说这给其成本控制带来很大的下降空间。据测算即使在5ＭW的生产规模下，非晶硅薄膜太阳能电池组件的生产成本也在2美元／瓦以下，而单线产能达到４0MW—60MW甚至更高的全自动化生产线，其产品生产成本则更低。相对于平均３．5美元/瓦的国际市场销售价格而言,其利润空间可见一斑。3．1.２能量返回期短转换效率为6%的非晶硅太阳能电池，其生产用电约１.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为１.5－２年,这是晶硅太阳能电池无法比拟的.3．1。3大面积自动化生产目前，世界上最大的非晶硅太阳能电池是ＳwｉtzlandUnaｘis的ＫＡI—120０PECVD设备生产的1100mm＊1250mm非晶硅太阳能电池，起初是效率高于９％。其稳定输出功率接近80W/片。而商品晶体硅太阳能电池还是以１5６ｍm*1５6ｍm和12５mm*125ｍｍ为主。3。1．4弱光响应好（充电效率高）上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套65００瓦非晶硅太阳能电站,其每千瓦发电量为13０0KWh,而晶体硅太阳能电池每千瓦的年发电量约为１100-１200KWｈ.3.1。5技术突破带来应用新方向组合建筑，环保又节能。薄膜太阳能电池既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。薄膜太阳能电池适合与建筑结合的光伏发电组件(BIPＶ）：双层玻璃封装刚性的薄膜太阳能电池组件，可以根据需要，制作成不同的透光率，可以部分代替玻璃幕墙，而不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳能电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。将薄膜太阳能电池应用于城市大量的既有和待开发的建筑外立面和屋顶，避免了现有玻璃幕墙的光污染问题，能代替建材，同时发电又节能，将成为未来城市利用光伏发电的主要方向。3.2薄膜太阳能的劣势3。2．1转换效率比晶体硅电池低很多与薄膜太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池的光电转换效率更高。薄膜太阳能电池一般不超过1０%，而多晶硅太阳能电池大多在14％以上。目前薄膜电池对太阳能的转换率是7%到9％，但很多国内厂商实际只能做到6%，而晶体硅原料电池目前转换率已经达到了17％到19%，优势很明显。有的薄膜太阳能电池，效率相对晶硅太阳能电池差很多,有一些效率较好的成本又过高。在一个太阳能光伏大会上,行业领军者施正荣说，“在现在薄膜太阳能电池转换率只有６%左右的情况下，很难和晶体硅电池竞争”。随着硅原料的进一步下跌,两者之间的售价已经日趋接近，在同样的价格下，薄膜太阳能不具有竞争力。在目前的情况下，薄膜太阳能电池很难和晶体硅电池竞争。长远来看，薄膜太阳能电池的转换效率必须要达到１0％才有竞争力。3。2。２技术难度高、不够成熟薄膜太阳能的技术难度也较高,被认为是多晶硅太阳能电池之后的下一代太阳能电池技术。目前,薄膜太阳能电池在中国太阳能电池产业中的比重仅占１０%左右。未来１０年到20年，薄膜太阳能电池也不会占据太阳能电池的主导位置,因为其技术不够成熟.我国的薄膜电池生产商在技术上与国外先进的技术还有相当差距。比如，当我国薄膜电池转换率还在6%左右的时候，美国FiｒstSolａr公司生产的碲化镉薄膜电池的转化率已经达到了1０。8％.薄膜的设备、生产技术和大部分原料都被国外的厂商控制着,仅仅FirｓtＳolar公司就控制了世界４7%的薄膜电池市场，国内企业在这方面几乎没有什么竞争优势。3．2随着硅原料价格的大幅下降，硅晶电池成本大幅度下降,增强了竞争力，薄膜太阳能原先的低成本竞争力已经很难再现.到今年４月份,多晶硅现货价格已从2008年的４8０美元/公斤跌至80美元/公斤。在硅原料价格持续大幅下跌之后，薄膜太阳能生产商们的日子变得暗淡。据了解,一些公司正在建设的薄膜电池项目进展放缓，一些计划中的项目也被取消.苏州百世德薄膜太阳能计划的先期投资由原来的19.５亿美元缩到了2.5亿美元左右。而此前，百世德是世界最大的在建薄膜太阳电池技术研发及产业化项目，生产基地分别设在苏州和南昌。百世德曾宣称将于2０0９年投产，其薄膜电池稳定效率在８.5%～9%，并计划在２010年将电池效率进一步提高到１０%～1２%，不过目前看来，这个曾震惊业界的大计划前景堪忧。现在很多薄膜电池的项目都是去年第三季度,也就是金融危机之前上马的，而到了今年的第一季度,很少有项目再建.”4薄膜太阳能市场概况4．１我国光伏产业概况中国国内已经基本建立起相对比较完整的光伏产业链，遍布29个省市,其中包括9个央企，另外在江苏、河北、江西等省市光伏企业分布比较多。在多晶硅产能上，建成产能4４000吨,在建6８000吨,总和11万吨,２0０9年大约生产200０0吨.节能环保上,平均能耗从300-４０0度每公斤将到了200度每公斤，基本满足了环评条件，但副产物的回收水平还有待改进。电池方面，去年9月企业１２3家，其中7５家多晶硅电池，3８家薄膜电池,后者的占比越来越高;而在销售上，外销比例仍然非常大。光伏产业是中国现有的产业中少见的产业化程度非常高的企业,不少企业已经跻身国际大型光伏企业行列，其中11家海外上市，13家国内上市.但是中国光伏产业的问题在于，实际产量与产能差距较大，若产能全部释放，又没有重大的产业增长政策促进，就会出现产能过剩.而光伏产业的原料辅料配套能力还不够,多晶硅产量还是不足。在8月26日召开的国务院常务会议上，风电和多晶硅等新兴产业被认为“出现重复建设倾向”.国发［200９]3８号《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展若干意见的通知》中对已经产能过剩的多晶硅项目的上马条件限制也做了说明。多晶硅是信息产业和光伏产业的基础材料,属于高耗能和高污染产品｡从生产工业硅到太阳能电池全过程综合电耗约２2０万千瓦时/兆瓦｡2008年我国多晶硅产能２万吨,产量4000吨左右，在建产能约8万吨，产能已明显过剩｡我国光伏发电市场发展缓慢,国内太阳能电池9８%用于出口,相当于大量输出国内紧缺的能源。多晶硅生产过程对能源的大量消耗，以及四氯化硅等有毒副产品对环境的污染,也遭到了不少批评。由于中国的多晶硅太阳能电池产品大多出口到发达国家，有人形象地称之为“消费在外，污染在内"。４。２薄膜太阳能市场现状4．2.1市场份额２００9年薄膜太阳能电池产能约为358万千瓦。目前，薄膜电池的市场份额刚刚超过10％，短期内仍无法撼动晶体硅电池的主流地位,但已经显示出良好的经济性，一些薄膜组件厂商的财务收入和毛利率都已经实现稳定增长。其中，ＦirstＳolar的不失为最成功的案例.中国是世界上最大的太阳能电池制造基地。在薄膜太阳能电池市场上，领先者是美国、日本等国的企业。不过一些中国太阳能电池生产企业在薄膜太阳能电池这一新兴领域也不甘落后.例如，河北保定的上市公司天威发布公告称，该公司控股子公司天威薄膜将投资3０多亿元,建设年产1５万千瓦非晶硅薄膜太阳能电池的二期项目。天威薄膜年产４。6５万千瓦的非晶硅薄膜太阳能电池生产线已经投产，其初始光电转换效率在8%左右。汉能控股集团在宣布将投入280亿元启动广东河源薄膜太阳能电池研发制造基地之后，四川又有多家企业近23０亿资金转投薄膜太阳能电池生产.美国当地时间0９年9月8日，中国政府与美国第一太阳能公司（FiｒstSｏlaｒ）签署备忘录，双方计划在内蒙古鄂尔多斯建造２00万千瓦的太阳能发电厂。这将是世界上最大的太阳能发电厂，可供３00万户居民用电。除了天威,百世德太阳能、无锡尚德等企业也已经或即将投产薄膜太阳能电池生产线。不过，这些企业的薄膜太阳能电池生产技术大多从国外进口4。２。２存在问题薄膜太阳能电池现在处于发展初期,面临多个问题的制约，如工艺成熟性、专业技术人才缺乏、缺少成熟设备制造商，有的还存在工艺技术的专利权等问题。从各类薄膜电池内在因素来看，不同的薄膜电池还有各自的缺点，或转换效率偏低，或环境安全问题,有的存在原材料资源稀缺问题，这些问题也需要产业逐渐形成规模后一一解决。之前由于太阳能市场火热，决定投入该领域的新进业者，或者原有厂商有意增资扩产的大有人在，而且它们当中很多都因多晶硅原料缺乏,投入薄膜太阳能的生产。现在,多晶硅缺料的问题正在缓解，价格也大幅下降。这势必冲击各类薄膜电池在成本上的优势。其次,有资料显示，薄膜太阳能电池的设备投资，几乎是晶体硅电池设备投资额的１０倍,投资回报周期也比后者长得多，筹资难度不低.受到金融风暴影响，筹资难度将更趋增高。另外，非晶硅电池在技术上依然存在转换效率相对较低且有衰减，实际量产后的质量控制不易,以及市场认知度相对较低等难题。现在市场竞争才刚鸣枪，各路企业出现未跑先喘的大有人在。４。2．3未来市场预测从20０8年到2０1３年,薄膜太阳能电池市场平均年增长率高达６7%,到20１3年产量达到１0ＧW,约占整体太阳能电池市场的2０％以上，其中非晶硅薄膜太阳能电池仍为主流产品.薄膜太阳能电池在未来５－10年内将以５0％左右的年平均增长率增长,在快速增长的整体