不同技術(shù)路線薄膜太陽能電池效率發(fā)展情況

根據(jù)NREL（美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）公布的數(shù)據(jù)，目前薄膜電池已發(fā)展出十幾種技術(shù)路線，其中發(fā)展勢(shì)頭最好的有碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、染料敏化電池和非晶硅電池。根據(jù)NREL的最新統(tǒng)計(jì)，上述幾種電池的實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率已分別達(dá)到22.1%、23.4%、12.3%和14.0%。作為對(duì)比，晶硅電池的實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為47.1%。目前CdTe、CIGS和非晶硅電池均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，染料敏化電池的進(jìn)程相對(duì)落后。

值得一提的是，近年來鈣鈦礦電池（Perovskite Solar Cell，PSC）異軍突起，作為一種問世僅10年的新路線，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)29.1%，發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他電池，已經(jīng)成為光伏電池研究領(lǐng)域最閃亮的明星。

注：NREL尚未公布2020年最新數(shù)據(jù)。

薄膜太陽能電池占太陽能電池份額較小 以CdTe為主

經(jīng)過40多年的發(fā)展，目前全球薄膜電池的年出貨量也達(dá)到GW量級(jí)，成為光伏市場(chǎng)的重要補(bǔ)充。根據(jù)CPIA的統(tǒng)計(jì)，2019年晶體硅太陽能電池依然是太陽能電池的主導(dǎo)產(chǎn)品，其產(chǎn)量占全部太陽能電池產(chǎn)量的比重為95.37%，薄膜電池產(chǎn)量占全部太陽能電池產(chǎn)量的4.63%。

從產(chǎn)量動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)來看，1980年代由于硅基薄膜電池的興起帶動(dòng)薄膜電池市場(chǎng)份額一度超過30%，但隨著硅基薄膜技術(shù)路線遇到瓶頸，1990年代薄膜電池的總體份額持續(xù)滑落，2004年之后First Solar推動(dòng)CdTe電池快速產(chǎn)業(yè)化，將市場(chǎng)份額再度推升至15%以上，隨后由于多晶硅價(jià)格的崩盤大幅降低晶硅電池成本，近年來薄膜電池的份額再度萎縮。

根據(jù)CPIA的統(tǒng)計(jì)，2019年，由于First Solar公司碲化鎘薄膜太陽膜電池產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)至5.7GW，全球三種主要薄膜太陽能電池中，碲化鎘薄膜太陽膜電池產(chǎn)量最大，占全部薄膜太陽能電池產(chǎn)量的85.5%;其次是銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，占全部薄膜太陽能電池產(chǎn)量的13.3%;非晶硅薄膜太陽能電池占全部薄膜太陽能電池產(chǎn)量的1.2%。隨著技術(shù)的發(fā)展，新興太陽能電池近年來也有所發(fā)展，但整體來看，目前還不具備規(guī)模。

硅基薄膜電池技術(shù)遭遇瓶頸 產(chǎn)量逐年下降

隨著碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池的興起，硅基類薄膜電池產(chǎn)量近年來有逐年下降的趨勢(shì)。根本原因是硅基薄膜轉(zhuǎn)換效率技術(shù)遇到瓶頸，競(jìng)爭(zhēng)力基本喪失，產(chǎn)量同比大幅下滑。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，2018年，全球硅基薄膜電池產(chǎn)量約為0.1GW。據(jù)前瞻測(cè)算，2019年，全球硅基薄膜電池產(chǎn)量進(jìn)一步下降至0.08GW。

硅基薄膜電池目前從產(chǎn)品性能與生產(chǎn)成本上相較晶硅電池?zé)o明顯優(yōu)勢(shì)，并且技術(shù)提升空間有限，企業(yè)相繼退出、減產(chǎn)。根據(jù)NREL公布的數(shù)據(jù)，2017年后，硅基薄膜太陽能電池最高轉(zhuǎn)換效率記錄再無進(jìn)展，2015年后，硅基薄膜太陽能電池組件效率再無進(jìn)展。國(guó)際主要的硅基薄膜電池廠商主要為日本的Sharp。目前我國(guó)涉及硅基薄膜太陽能電池的公司主要漢能控股公司、風(fēng)帆股份、廣東榕泰、天威保變和綜藝股份等。

總的來說，目前硅薄膜太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率較低（a-Si：14.0%，μc-Si：21.2%），市場(chǎng)處于萎縮狀態(tài)。由于碲化鎘薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池和新興太陽電池（Emerging Solar Cells）的發(fā)展，硅基類薄膜電池的前景蒙上了一層陰影。

CdTe薄膜太陽電池產(chǎn)量大幅增長(zhǎng) 前景最好

CdTe薄膜太陽電池市場(chǎng)份額遠(yuǎn)低于晶硅電池，尤其是2012年以來，由于晶硅電池成本大幅下降，以First Solar為首的薄膜電池企業(yè)控制擴(kuò)產(chǎn)速度，出貨量增速趨于停滯，份額持續(xù)萎縮。但近年來隨著新一代產(chǎn)品的成本大幅下降，CdTe電池出貨量有望迎來又一輪的高速成長(zhǎng)期。根據(jù)CPIA的統(tǒng)計(jì)，2018年，全球CdTe組件產(chǎn)量為2.7GW。2019年，F(xiàn)irst Solar公司組件產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)112%至5.7GW。

從全球來看，碲化鎘是目前為止商業(yè)化最成功的薄膜電池。CdTe材料帶隙寬度約1.5eV，與太陽光譜更匹配，其理論效率達(dá)32%，高于晶硅，降本潛力也很大。目前碲化鎘電池的實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)22.1%，商業(yè)化組件效率達(dá)到19.0%，成本可與晶硅產(chǎn)品抗衡。此外，CdTe電池可以便捷地與建筑材料結(jié)合用于BIPV市場(chǎng)。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，碲化鎘電池的產(chǎn)能仍然處于擴(kuò)張階段，CdTe電池是未來幾年發(fā)展前景最明確的薄膜電池技術(shù)。

從國(guó)內(nèi)來看，根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)小面積CdTe電池（0.5mm2）實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率約19.2%。CdTe組件（面積為1200×600mm2）量產(chǎn)最高轉(zhuǎn)換效率為15.9%，量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率為14.6%，較2018年提升了0.6個(gè)百分點(diǎn)，2020年有望達(dá)到15.9%。

CIGS路線受國(guó)內(nèi)企業(yè)追捧 產(chǎn)能即將釋放

從產(chǎn)業(yè)化角度來看，Solar Frontier的CIGS電池組件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，2017年實(shí)現(xiàn)冠軍電池組件轉(zhuǎn)換效率19.8%（7×5cm2）和19.2%（30×30cm2）。目前CIGS電池組件的生產(chǎn)成本可以達(dá)到0.40$/Wp。CIGS電池組件產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的難點(diǎn)在于沉積薄膜厚度和元素計(jì)量比的均勻性，硒化的均勻性和大面積生產(chǎn)的均勻性、重復(fù)性和穩(wěn)定性。在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，與工藝相比設(shè)備的因素起更關(guān)鍵的作用。

近年來，我國(guó)企業(yè)主要采取海外并購取得知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并大力引進(jìn)國(guó)外成套產(chǎn)線技術(shù)，在CIGS電池組件制備方面取得了很大的進(jìn)步。例如，凱盛科技并購德國(guó)Avancis的CIGS電池組件有效面積光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了16.4%;漢能子公司Solibro點(diǎn)源共蒸CIGS玻璃基底電池器件實(shí)驗(yàn)室效率22.9%，大面積組件效率達(dá)17.52%;神華集團(tuán)合作伙伴Manz量產(chǎn)玻璃基底CIGS薄膜電池組件轉(zhuǎn)換效率16%;尚越光電柔性CIGS薄膜電池組件效率15.3%。目前我國(guó)在產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步方面面臨如何實(shí)現(xiàn)引進(jìn)技術(shù)的二次開發(fā)，在比較高的起點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)CIGS產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步提高。

2016開始神華集團(tuán)、上海電氣和德國(guó)Manz三方合作共同發(fā)展我國(guó)CIGS電池組件的產(chǎn)業(yè)化和解決持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步，其中通過Manz可以得到其合作伙伴ZSW的技術(shù)支持。ZSW的CIGS團(tuán)隊(duì)擁有先進(jìn)的CIGS薄膜太陽能電池和組件制備技術(shù)，其CIGS薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22.6%，組件效率大于17%，PSC/CIGS兩端疊層電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.6%。三方合資成立重慶神華薄膜太陽能科技有限公司，建設(shè)306MWp產(chǎn)能的CIGS電池組件生產(chǎn)線，利用Manz成熟技術(shù)發(fā)展CIGS電池組件產(chǎn)業(yè)化;合資成立神華（北京）光伏科技研發(fā)有限公司，建設(shè)44MWp產(chǎn)能的CIGS薄膜太陽能電池實(shí)驗(yàn)研究線，研究高效率光伏電池技術(shù)、工藝、整體解決方案;合資成立蘇州曼茲新能源裝備有限公司提供CIGS薄膜電池組件生產(chǎn)設(shè)備整廠解決方案。

根據(jù)CPIA的統(tǒng)計(jì)，2017年，全球銅銦鎵硒薄膜電池產(chǎn)量為1.10GW;2018年，銅銦鎵硒薄膜電池產(chǎn)量為0.87GW，出現(xiàn)較大幅度下滑，主要原因是：龍頭企業(yè)Solar Frontier受日本本土光伏市場(chǎng)的影響，銷售量和產(chǎn)量均出現(xiàn)下滑;中國(guó)薄膜制造企業(yè)在建CIGS薄膜項(xiàng)目大部分產(chǎn)能并未如期釋放。據(jù)前瞻測(cè)算，2019年，全球銅銦鎵硒薄膜電池產(chǎn)量小幅度回升至0.89GW。

CIGS產(chǎn)能未來主要在中國(guó)。CIGS薄膜電池近幾年轉(zhuǎn)換效率提升較快，國(guó)內(nèi)己有漢能、中建材、國(guó)家能源集團(tuán)等企業(yè)相繼投入巨資進(jìn)行薄膜電池產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。截至2018年底，漢能陸續(xù)交付第三方CIGS產(chǎn)線公開產(chǎn)能數(shù)據(jù)約為4.5GW。中建材凱盛光伏宣稱在安徽蚌埠、四川甘眉、河北秦皇弱、江蘇江陰各建設(shè)年產(chǎn)能300MW生產(chǎn)線，其中蚌埠300MW已建成，計(jì)劃2025年實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)能lOGW，遠(yuǎn)期規(guī)劃將形成全球20GW生產(chǎn)能力。到2019年上半年，由國(guó)家能源集團(tuán)承擔(dān)的國(guó)家住建部“CIGS太陽能薄膜發(fā)電技術(shù)在光伏建筑一體化中的應(yīng)用研究”課題和在北京、江蘇、廣東、海南、四川等省市落地6個(gè)實(shí)體示范項(xiàng)目將陸續(xù)完工。2018年5月，錦江集團(tuán)設(shè)計(jì)產(chǎn)能lGW、總投資規(guī)模75億元的CIGS項(xiàng)目落戶連云港，其中一期350MW。圣暉菜在江蘇句容投資100億元，建設(shè)lGW的CIGS生產(chǎn)線，一期已投資10億元。中國(guó)的CIGS薄膜太陽能電池在建產(chǎn)能和規(guī)劃產(chǎn)能大幅增長(zhǎng)。

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