薄膜太阳能光伏产业发展分析报告

薄膜太阳能光伏产业发
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薄膜太阳能光伏产业发展分析报告
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目录
一、引言 (2)
二、薄膜太阳能光伏产业的发展现状和趋势 (2)
（一）薄膜太阳能电池定义 (2)
（二）薄膜太阳能电池分类及应用 (3)
（三）薄膜太阳能光伏产业发展现状 (5)
（四）薄膜太阳能光伏产业发展趋势 (7)
三、薄膜太阳能电池生产厂家概况 (11)
（一）国外薄膜太阳能电池生产厂家 (11)
（二）国内薄膜太阳能电池生产厂家 (20)
四、总结 (25)
五、建议 (27)
一、引言
2004年德国光伏补贴政府引爆了光伏产业，光伏产业强势需求造就了多晶硅原料企业的超高利润，而2007年美国First Solar的亮丽表现则带来了薄膜产业的新纪元，1.3 美元/瓦的低成本，11%左右的转换率，欧洲北美的巨额订单，不受原料限制的大规模生产成就了First Solar的高利润，高收入，高可靠的盈利预期，也促使业界发现属于薄膜时代的来临。

在2007年和2008年间，全球光伏产业最为火热的环节就是薄膜领域，不断有新的项目发布或者投产，有限的设备公司订单已经排到1年以后，而且新增订单不断，除了美国 First Solar,日本夏普也开始大规模投入薄膜领域，而德国的Q-CELL肖特等也大力投入薄膜事业，台湾几乎瞬间投入了超过 10 个薄膜项目，国内的非晶硅龙头拓日新
能源顺利上市，新澳集团高调介入等等都显示薄膜正在吸引越来越多的资本和关注；薄膜自身的发电优势和低成本也将会是下降光伏发电成本的一大主要驱动力。

二、薄膜太阳能光伏产业的发展现状和趋势
薄膜太阳能光伏产业主要由CdTe（碲化镉）、 CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）、硅基薄膜三类电池组成。

（一）薄膜太阳能电池定义
薄膜太阳能电池，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圆太阳能电池大幅减少原料的用量。

（二）薄膜太阳能电池分类及应用
CdTe（碲化镉）薄膜
薄膜层为CdTe/CdS（碲化镉）材料的太阳能电池，主要用于光伏发电。

CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）薄膜
CIS(Copper Indium Diselenide)或是CIGS(Copper Indium Gallium Diselenide),主要用于光伏发电。

硅基薄膜
主要是指薄膜层带 A-Si的薄膜电池，根据设备的生产工艺可以分为下面的几种：单结A-Si a-si/ uc -si（非晶/微晶）、双结a-si/uc-si（非晶/微晶）、三结非晶硅等,主要用于光伏发电。

GaAs(砷化镓)薄膜
GaAs Multijuction(多接面砷化镓)在单晶硅基板上以化学气相沉积法成长 GaAs薄膜所制成的薄膜太阳能电池。

具有30%以上的高转换效率，很早就被应用於人造卫星的太阳能电池板。

新一代的 GaAs(砷化镓)多接面 (将多层不同材料叠层)太阳能电池，如 GaAs、Ge 和 GaInP2三接面电池，可吸收光谱范围极广，转换效率目前已可高达39%，是转换效率最高的太阳能电池种类，而且性质稳定，寿命也相当长。

不过此种太阳能电池的价格也极为昂贵，平均每瓦价格可高出多晶矽太阳能电池百倍以上，因此除了太空等特殊用途之外，预期并不会成为商业生产的主流。

色素敏化染料 (Dye-Sensitized Solar Cell)
是太阳能电池中相当新颖的技术产品是由透明导电基板、二氧化钛(TiO2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和 ITO电极所组成。

此种太阳能电池的优点在於二氧化钛和染料的材料成本都相对便宜，又可以利用印刷的方法大量制造，基板材料也可更多元化。

不过目前主要缺点：一是在於转换效率仍然相当低(平均约在7~8%，实验室产品可达 10%)，且在 UV 照射和高热下会出现严重的光劣化现象，二是在于封装过程较为困难(主要是因为其中的电解质的影响)，因此目前仍然是以实验室产品为主。

然而，基於其低廉成本以及广泛应用层面的吸引力，多家实验机构仍然在积极进行技术的突破。

有机导电高分子(Organic/polymer solar cells)
有机导电高分子太阳能电池是直接利用有机高分子半导体薄膜(通常厚度约为
100nm)作为感光和发电材料。

此种技术共有两大优点：一在於薄膜制程容易(可用喷墨、浸泡涂布等方式)，而且可利用化学合成技术改变分子结构，以提升效率，另一优点是采用软性塑胶作为基板材料，因此质轻，且具有高度的可挠性。

目前市面上已经有多家公司推出该类产品，应用在可携式电子产品如NB、PDA的户外充电上面，市场领导者是美国 Konarka 公司。

不过，由于转换效率过低(约4~5%)的最大缺点，因此此种太阳能电池的未来发展市场应该是结合电子产品的整合性应用，而非大规模的太阳能发电。

InP(磷化铟)电池
薄膜层为 InP(磷化铟)材料的太阳能电池，类似于 GaAs 电池，高转换率，高价格，预计很难在发电市场获得应用，主要是太空应用。

Poly-Si （ Crystalline Silicon on Glass）薄膜
德国 Q-CELL 旗下的一个 CSG 公司专注的一种电池，原理就是Crystalline Silicon on Glass （玻璃衬底上直接镀多晶硅薄膜）。

暂时没有投产，主要是光伏发电用。

（三）薄膜太阳能光伏产业发展现状
在目前多晶硅原材料成本居高不下的情况下，各厂商纷纷转而寻求技术创新，而近期薄膜技术领域的突破使其成为太阳能电池产业新的热点。

2007年美国First Solar以1.3美元/瓦的低成本，11%左右的转换率，拿下欧洲北美的巨额订单，不受原料限制的大规模生产为薄膜产业的发展带来新的活力。

随着
First Solar在薄膜技术领域的成功，薄膜技术在太阳能光伏产业的应用逐渐升温。

和晶硅太阳能电池相比，薄膜太阳能电池具有以下优势：
1、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。

作为太阳能电池和半导体的重要材料，多晶硅国际市场价格一路飙升，从2002年2008年上涨了十几倍，这种利益驱动也促使国内多晶硅项目投资热渐趋升温。

然而考虑下游的迅速扩张、供需形势并无根本性改观，2008年上半年多晶硅供应紧张的局面较去年并未得到缓解，价格仍维持高位。

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。

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、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Switzland Unaxis的KAI-1200 PECVD 设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳能电池，起初是效率高于9%。

其稳定输出功率接近80W/片。

商品晶体硅太阳能电池还是以156mm*156mm和125mm*125mm为主。

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。

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。

当然，以目前的技术水平来说，在非晶硅薄膜太阳能电池应用方面，还存在一些问题：
1、效率低
单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%(AMO)，而柔性基体非晶硅太阳电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%，还存在一定差距。

2、稳定性差
其不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。

这个问题一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。

3、相同的输出电量所需太阳能电池面积增加
与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用
厂商纷纷投产，薄膜技术应用渐趋升温
薄膜技术的进步给厂商带来了新的发展思路，也正是看到2007年First Solar在薄膜太阳能电池领域的出色表现，各厂商纷纷投产进军薄膜领域。

2005年4月夏普开始正式受理薄膜太阳能电池定单。

2007年11月底建设新生产线，并于2008年10月夏普举行了供货仪式，将薄膜硅太阳能电池的年生产能力从15MW提高到160MW。

国内厂商如津能、南通、孚日股份、金太阳等厂商已经制定投产或扩产计划。

（四）薄膜太阳能光伏产业发展趋势
CdTe（碲化镉）薄膜、CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）薄膜和硅基薄膜广泛用于光伏发电，将占据市场主流，成为薄膜太阳能电池中的佼佼者。

其发展趋势分别如下：CdTe太阳能电池具有技术成熟、转换效率高、发电量高、成本低等优势，在2007年其全球出货量约180MW（仅次于硅基薄膜，在薄膜领域排名第二），目前CdTe电池商业化产品效率已超过12﹪。

截至2008年1月，美国部分企业实验室CdTe组件的转换率高达16.5%，具体到商业化生产中，短时间内很难达到这个水平。

CIGS 在高光电效率低材料成本的好处下(在实验室完成的 CIGS 光电池，光电效率最高可达约19﹪，就模块而言，最高亦可达约13﹪)。

面临三个主要困难要克服：（1）制程复杂，投资成本高；（2）关键原料的供应；（3）缓冲层CdS潜在毒害。

截至2008年2月，全球CIS/CIGS 电池的实验室最高转换率达19.5%，具体到商业化生产中，短时间内很难达到这个水平。

截至 2008 年 2 月，全球硅基薄膜组件主要有三种：单结非晶硅和双结非晶硅组件转换率5%-8% ，双结非晶硅/微晶硅组件转换率 8%-10%，三结非晶硅组件转换率8%左右。

不过由于硅基薄膜的基数比较大，就算到 2013年依然是薄膜中的霸主。

而目前新上的项目主要是单结非晶硅、双结非晶硅和非晶/微晶硅。

其中亚太地区（中国台湾地区等）主要是单结、双结非晶硅日本地区主要是非晶/微晶硅。

欧洲主要是双结非晶硅和非晶/微晶硅。

美国三结非晶硅占据不错的地位，同时其他非晶薄膜也有涉及。

从成本的角度来看，非晶/微晶的成本在硅基薄膜中最高，其次就是三结非晶硅，双结非晶硅，成本最低的就是单结非晶硅，非晶硅薄膜设备投资占据主要成本，而转换率数据除了跟设备有关系外，自己的调试和开发能力也有一定的重要性。

上述列举CdTe（碲化镉）薄膜、CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）薄膜和硅基薄膜各产能、产量及市场份额现状和趋势如下表：
目前，国内外厂商的纷纷投产促进了薄膜电池市场的快速增长，未来两年伴随各厂商投产产能的释放，薄膜电池市场将稳步提升，2010年其市场份额有望达到15%。

薄膜技术的兴起带动了国内新一轮太阳能光伏产业投资热潮，未来3-5年随着薄膜技术的日趋成熟，碲化镉(CdTe)和CIGS等技术将会有新的突破，卷式(roll-to-roll)设备和可印刷铜/铟/镓/硒(CIGS)墨水等设备应用的技术创新也会取得新进展。

这将有望进一步带动中国太阳能光伏产业新一轮增长。

特别是 2008 年由于美国应用材料，瑞士 Oerlikon，日本ULVAC 等顶级的设备厂商大量推出标准设备，同时韩国 Jusung，美国XsunX 等设备企业的介入促使全球范围大规模生产非晶硅成为可能，另外一些小尺寸的非晶硅设备企业（比如中国国内的普乐新能源，上海思博露科技，北京的北仪创新，美国的 EPV NanoPV，香港的华基光电，匈牙利的 EnergoSolar，欧洲的 STF 等相继推出低成本的 5 兆瓦生产线也获得了客户的青睐，设备的驱动及大量资本的进入促使 2007 年和 2008 年称为非晶硅大规模应用的元年，也因此导致晶硅和非晶硅的格局将会因此而改变。

三、薄膜太阳能电池生产厂家概况
（一）国外薄膜太阳能电池生产厂家
见下表
（二）国内薄膜太阳能电池生产厂家
附注：
国内厂商存在问题：产量少；效率低；稳定性差；面积小；外观不均匀。

四、总结
专家观点和总结罗列如下：
1. 多晶硅材料的持续紧缺及光伏下游市场保持强势成就了薄膜的高速启动，2007年的 FirstSolar 可以说让薄膜在光伏领域发光，也让薄膜成为太阳能内部又一金矿。

2. 低成本（1.30 美元/瓦或者以下）中等转换率（10%左右或者更高）没有原料瓶颈（短期内薄膜都没有原料瓶颈）规模化生产的薄膜项目获得投资者和市场的青睐；
3. CdTe CIS/CIGS 硅基薄膜，三者同时高速发展，其中硅基薄膜的增速约70%，而另外两个都超过 100%；
4. CdTe 以 First Solar 为龙头，具有超高利润率及超大规模的产能，促使他们在2013 年左右成为薄膜领域的龙头；
5. 硅基薄膜在中国大陆和台湾地区获得大范围的投入和欢迎，而且未来将成为全球范围的制造重镇；
6. 硅基薄膜已经逐步放弃传统的单结非晶硅，全面转向双结非晶硅和非晶/微晶叠层；
7. CdTe 薄膜基本上北美国和德国的企业垄断，短期内难以扩散到其他地区；
8. CIS/CIGS 基本上是美国德国日本企业垄断，短期内保持三巨头的格局；
9. 硅基薄膜的发展最为均衡，不但美、中、日、德、中国台湾具有比较均衡的比重，而且印度、泰国、西班牙、希腊、意大利、瑞士等众多国家或者地区也同样投产了产品，并且印度的扩产目标和步阀都非常迅速；
10. 薄膜由于低成本的优势，从长远的角度来说，也许是促使太阳能光伏发电媲美传统能源成本的解决方案，因此薄膜的未来一片光明。

五、建议
大陆尤其是广东应当抓住的机遇，自主研发大规模生产技术及核心设备技术（PECVD/溅射设备/专用激光/APCVD），实现高效率大面积低成本生产每瓦1美元的目标。

下表为年产20MWp生产线非晶硅电池组件的成本（RMB），稳定效率>6%，组件面积100mm*100mm。

附：
其中：PECVD是指等离子体增强化学气相沉积系统。