全球薄膜太陽能電池產業現狀分析

　　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，太陽能光伏發電占據了重要的位置。 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：對于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。

　　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于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、意大利、捷克、日本和美國，這5個國家占據全球安裝量的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***的電池產量占全球總產量的59%。從廠商出貨量看，尚德電力和晶澳太陽能并列第一，緊隨其后的是美國第一太陽能。其中薄膜太陽能電池占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、硅基薄膜電池和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（不銹鋼或聚酯膜襯底）電池。其中柔性電池的優點是可折疊、重量輕、不易碎。與常規的晶體硅太陽能電池相比，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，而晶體硅電池厚度約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占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、不銹鋼、聚酯膜），有柔性，材料禁帶寬度可調控，組件溫度系數低等優點很受矚目，在光伏市場的應用規模逐漸擴大，2010年已經占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。

　　目前硅基薄膜太陽能電池，無論單結、雙結還是三結電池，制造工藝都是采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，那么在制造環節中也應該采用綠工藝。對于硅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。另一種方案是盡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。此外由于硅薄膜組件效率低（5%～7%），在光伏系統應用中單位發電功率占地面積幾乎是晶體硅組件（效率為13%～15%）的2倍，相應地，BOS的成本也要增加，可見提高硅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后硒化處理，核心就是后硒化處理。由于硒化過程采用有毒氣體，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。此外采用蒸發技術制備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制備出18.7%轉換效率的CIGS電池，柔性電池的主要優點是可以采用卷對卷工藝來降低制造成本。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制備性能優良的薄膜。

　　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硅基薄膜領域，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，由于缺少核心技術，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。