薄膜太阳能电池发展前景及市场分析

薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量（厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上），目前实验室转换效率最高已达20%以上，规模化量产稳定效率最高约13%。薄膜太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，在薄膜太阳电池制造上，则可使用各式各样的沉积（deposition）技术，一层又一层地把p-型或n-型材料长上去，常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 （CIS）、CuInGaSe2 （CIGS）、和CdTe.。等。

薄膜太阳能电池的优缺点

薄膜型太阳能电池由于使用材料较少，就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少，制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小，它同时也拥有整合型式的连接模块，如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池，而成为市场主流。

非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的最主要差异是材料的不同，单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的材料都疏，而非晶硅太阳能电池的材料则是SiH4，因为材料的不同而使非晶硅太阳能电池的构造与晶硅太阳能电池稍有不同。

SiH4 最大的优点为吸光效果及光导效果都很好，但其电气特性类似绝缘体，与硅的半导体特性相差甚远，因此最初认为SiH4 是不适合的材料。但在1970年代科学家克服了这个问题，不久后美国的RCA制造出第一个非晶硅太阳能电池。虽然SiH4 吸光效果及光导效果都很好，但由于其结晶构造比多晶硅太阳能电池差，所以悬浮键的问题比多晶硅太阳能电池还严重，自由电子与电洞复合的速率非常快；此外SiH4 的结晶构造不规则会阻碍电子与电洞的移动使得扩散范围变短。基于以上两个因素，因此当光照射在SiH4上产生电子电洞对后，必须尽快将电子与电洞分离，才能有效产生光电效应。所以非晶硅太阳能电池大多做得很薄，以减少自由电子与电洞复合。由于SiH4的吸光效果很好，虽然非晶硅太阳能电池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。

非晶硅薄膜型太阳能电池的结构不同于一般硅太阳能电池，如图9 所示，其主要可分为三层，上层为非常薄（约为0.008微米）且具有高掺杂浓度的P＋；中间一层则是较厚（0.5∼1 微米）的纯质层（Intrinsic layer），但纯质层一般而言通常都不会是完全的纯质（Intrinsic），而是掺杂浓度的n 型材料；最下面一层则是较薄（0.02 微米）的n。而这种p+-i-n的结构较传统p-n结构有较大的电场，使得纯质层中生成电子电洞对后能迅速被电场分离。而在P＋上一层薄的氧化物膜为透明导电膜（Transparent Conducting Oxide ：TCO），它可防止太阳光反射，以有效吸收太阳光，通常是使用二氧化硅（SnO2）。非晶硅太阳能电池最大的优点为成本低，而缺点则是效率低及光电转换效率随使用时间衰退的问题。因此非晶硅太阳能电池在小电力市场上被广泛使用，但在发电市场上则较不具竞争力。

其它薄膜型中较值得一提的是晒化铜铟薄膜型太阳能电池，因它有非晶硅薄膜型太阳能电池所不能达到的高效率与可靠度。就效率而言，它在很小的单位面积上已经可达到16％以上，且没有可靠度方面的问题，但由于其量产技术尚未完全成熟，特别在大面积基板上形成的场合中，各元素比例的均一性等问题，都是今后发展研究的课题。

薄膜太阳能电池发展前景及市场分析

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。

薄膜电池由于理论效率高、材料消耗少、制备能耗低等被称为第二代太阳能电池技术。尤其是在柔性衬底上制备的薄膜电池，具有可卷曲折叠、不怕摔碰、重量轻、弱光性能好等优势，未来应用前景广阔。铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池易形成良好的背电极和高质量的PN结，且较容易制成柔性组件。目前，CIGS薄膜太阳能电池的实验室转换效率已达21.7%，组件全面积转换效率已接近16%，其产业化技术也在逐步完善。随着此技术大规模生产后良品率提升，国产化改进优化后生产成本降低，将越来越具有竞争力。此外，具有超高转换效率的砷化镓太阳能电池，凭借着其技术先进性，在特殊的应用场景具备很大的发展潜力，但是目前由于成本偏高，大规模的应用需要快速实现成本的降低。

据博思数据发布《2016-2021年中国薄膜太阳能电池行业深度调研与市场调查报告》表明：2009年，中国薄膜太阳能电池产量增长较快，主要是2008年投产企业较多，众多薄膜太阳能电池企业生产步入正常轨道。2009年，中国薄膜太阳能电池产量达263MW;2010年，中国薄膜电池产量为380MW，同比增长44.5%;2011年，中国薄膜太阳能电池产量达565MW。2012年中国薄膜太阳能电池产量为400MW;2013年中国薄膜太阳能电池产量达到了260MW，2014年中国薄膜太阳能电池产量达到了300MW，2015年中国薄膜太阳能电池产量达到了458MW。

中国的薄膜生产商在很大程度上要依靠外国的供应商，这有可能导致一些主要的原材料供不应求，例如一些目标材料、导电玻璃和硅烷气体。德国贺利氏（Heraeus）公司供应中国目标材料超过60%。在导电玻璃方面，日本的NSG集团和美国AFG工业公司占据中国相当大的市场份额。

薄膜电池的广泛应用也有市场障碍，当前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。此外，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，筹资难度增高。中国国内薄膜电池产业起步更晚，受生产设备和技术瓶颈的制约，产业发展一直缓慢。

薄膜太阳能电池生产设备复杂昂贵，尤其是关键设备，更是高达上千万美元，长期以来一直被欧洲、美国和日本的企业垄断。目前，生产设备制造成本占我国薄膜太阳能电池发电成本的七成左右，这导致电力上网价格比传统电价高出一大截，其产业化瓶颈十分明显。

薄膜电池中的CIGS电池较具发展潜力。薄膜涂层电池由于低成本特点，转换效率不断提升，未来市场份额势必会明显增长，薄膜电池行业增速将继续高于晶硅电池行业增速。目前主要是材料成本较高，需要配置追日聚光系统，因此应用受限。

薄膜电池行业在最近几年才成规模，不论技术水平、行业成熟度、供应链等均处于逐渐成熟的过程中。首先从供应链看，薄膜电池产业链也处于新建过程中，部分原材料;其次，其设备接近专业设备，价格高昂，设备商的利润空间很高，因此生产和检测设备需重点关注。

薄膜太阳能电池还需要进一步降低成本和提高效率。技术和设备成本是制约的关键。应当实现薄膜产业高端装备国产化，扩大薄膜电池的产量，以规模化带动成本降低。

根据国家统计局数据测算，到2020年，我国城乡房屋建筑面积约为890亿平方米，以东、南、西墙墙面积的15%、屋顶面积的10%计，直接市场规模超过10万亿元，间接市场规模达30万亿元，相当于我国汽车市场的3-5倍。即使按照10%的转化率和太阳能平均每年1300个发电小时计算，装机规模相当于368个葛洲坝或45个三峡，可替代全社会30%左右的年用电需求。而对于薄膜发电技术来说，凭借其独特的优势，在光伏建筑一体化（BIPV）领域是极具市场竞争力的。

虽然薄膜电池尚未形成产业化，在转化效率方面也低于晶硅电池（美国MiaSole15.5%、德国Manz14.6%），但CIGS薄膜电池转化效率以1-1.5%/年提升。因此，五年后薄膜电池转化效率有望超过晶硅电池，加之规模化的形成，届时综合成本将低于晶硅电池，将会成为市场的主流选择。

从近几年薄膜电池的发展势头来看，铜铟镓硒是其中唯一增长的薄膜类电池。薄膜电池材料消耗少、制备能耗低、组件生产可在一个车间内完成，成本优势明显。如果薄膜电池组件效率与晶硅电池相差无几，其性价比将是无可比拟的。在柔性衬底上制备的薄膜电池，具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势，将来的应用前景将会更加广阔。加之光伏建筑一体化等分布式光伏的应用，预计5-10年后，薄膜电池将占据30%以上的市场份额。