鉅大LARGE | 點擊量：2322次 | 2019年08月22日
薄膜太陽能電池發(fā)展前景及市場分析
薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm，因此在同一受光面積之下可較硅晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量（厚度可低于硅晶圓太陽能電池90%以上），目前實驗室轉換效率最高已達20%以上，規(guī)模化量產穩(wěn)定效率最高約13%。薄膜太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構造其應用范圍大，可與建筑物結合或是變成建筑體的一部份，在薄膜太陽電池制造上，則可使用各式各樣的沉積（deposiTIon）技術，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶硅、CuInSe2（CIS）、CuInGaSe2（CIGS）、和CdTe.。等。
薄膜太陽能電池的優(yōu)缺點
薄膜型太陽能電池由于使用材料較少，就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽能電池有著明顯的減少，制造程序上所需的能量也較堆積型太陽能電池來的小，它同時也擁有整合型式的連接模塊，如此一來便可省下了獨立模塊所需在固定和內部連接的成本。未來薄膜型太陽能電池將可能會取代現(xiàn)今一般常用硅太陽能電池，而成為市場主流。
非晶硅太陽能電池與單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池的最主要差異是材料的不同，單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池的材料都疏，而非晶硅太陽能電池的材料則是SiH4，因為材料的不同而使非晶硅太陽能電池的構造與晶硅太陽能電池稍有不同。
SiH4最大的優(yōu)點為吸光效果及光導效果都很好，但其電氣特性類似絕緣體，與硅的半導體特性相差甚遠，因此最初認為SiH4是不適合的材料。但在1970年代科學家克服了這個問題，不久后美國的RCA制造出第一個非晶硅太陽能電池。雖然SiH4吸光效果及光導效果都很好，但由于其結晶構造比多晶硅太陽能電池差，所以懸浮鍵的問題比多晶硅太陽能電池還嚴重，自由電子與電洞復合的速率非?？?；此外SiH4的結晶構造不規(guī)則會阻礙電子與電洞的移動使得擴散范圍變短?；谝陨蟽蓚€因素，因此當光照射在SiH4上產生電子電洞對后，必須盡快將電子與電洞分離，才能有效產生光電效應。所以非晶硅太陽能電池大多做得很薄，以減少自由電子與電洞復合。由于SiH4的吸光效果很好，雖然非晶硅太陽能電池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
非晶硅薄膜型太陽能電池的結構不同于一般硅太陽能電池，如圖9所示，其主要可分為三層，上層為非常薄（約為0.008微米）且具有高摻雜濃度的p＋；中間一層則是較厚（0.5∼1微米）的純質層（Intrinsiclayer），但純質層一般而言通常都不會是完全的純質（Intrinsic），而是摻雜濃度的n型材料；最下面一層則是較薄（0.02微米）的n。而這種p+-i-n的結構較傳統(tǒng)p-n結構有較大的電場，使得純質層中生成電子電洞對后能迅速被電場分離。而在p＋上一層薄的氧化物膜為透明導電膜（TransparentConducTIngOxide：TCO），它可防止太陽光反射，以有效吸收太陽光，通常是使用二氧化硅（SnO2）。非晶硅太陽能電池最大的優(yōu)點為成本低，而缺點則是效率低及光電轉換效率隨使用時間衰退的問題。因此非晶硅太陽能電池在小電力市場上被廣泛使用，但在發(fā)電市場上則較不具競爭力。
其它薄膜型中較值得一提的是曬化銅銦薄膜型太陽能電池，因它有非晶硅薄膜型太陽能電池所不能達到的高效率與可靠度。就效率而言，它在很小的單位面積上已經(jīng)可達到16％以上，且沒有可靠度方面的問題，但由于其量產技術尚未完全成熟，特別在大面積基板上形成的場合中，各元素比例的均一性等問題，都是今后發(fā)展研究的課題。
薄膜太陽能電池發(fā)展前景及市場分析
太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產生電流。在物理學上稱為太陽能光伏（photovoltaic，縮寫為pV），簡稱光伏。
薄膜電池由于理論效率高、材料消耗少、制備能耗低等被稱為第二代太陽能電池技術。尤其是在柔性襯底上制備的薄膜電池，具有可卷曲折疊、不怕摔碰、重量輕、弱光性能好等優(yōu)勢，未來應用前景廣闊。銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池易形成良好的背電極和高質量的pN結，且較容易制成柔性組件。目前，CIGS薄膜太陽能電池的實驗室轉換效率已達21.7%，組件全面積轉換效率已接近16%，其產業(yè)化技術也在逐步完善。隨著此技術大規(guī)模生產后良品率提升，國產化改進優(yōu)化后生產成本降低，將越來越具有競爭力。此外，具有超高轉換效率的砷化鎵太陽能電池，憑借著其技術先進性，在特殊的應用場景具備很大的發(fā)展?jié)摿?，但是目前由于成本偏高，大?guī)模的應用需要快速實現(xiàn)成本的降低。
據(jù)博思數(shù)據(jù)發(fā)布《2016-2021年中國薄膜太陽能電池行業(yè)深度調研與市場調查報告》表明：2009年，中國薄膜太陽能電池產量增長較快，主要是2008年投產企業(yè)較多，眾多薄膜太陽能電池企業(yè)生產步入正常軌道。2009年，中國薄膜太陽能電池產量達263MW;2010年，中國薄膜電池產量為380MW，同比增長44.5%;2011年，中國薄膜太陽能電池產量達565MW。2012年中國薄膜太陽能電池產量為400MW;2013年中國薄膜太陽能電池產量達到了260MW，2014年中國薄膜太陽能電池產量達到了300MW，2015年中國薄膜太陽能電池產量達到了458MW。
中國的薄膜生產商在很大程度上要依靠外國的供應商，這有可能導致一些主要的原材料供不應求，例如一些目標材料、導電玻璃和硅烷氣體。德國賀利氏（Heraeus）公司供應中國目標材料超過60%。在導電玻璃方面，日本的NSG集團和美國AFG工業(yè)公司占據(jù)中國相當大的市場份額。
薄膜電池的廣泛應用也有市場障礙，當前多晶硅缺料的問題正在緩解，價格也大幅下降，這勢必沖擊各類薄膜電池在成本上的優(yōu)勢。此外，資料顯示，薄膜太陽能電池的設備投資，幾乎是晶體硅電池設備投資額的10倍，籌資難度增高。中國國內薄膜電池產業(yè)起步更晚，受生產設備和技術瓶頸的制約，產業(yè)發(fā)展一直緩慢。
薄膜太陽能電池生產設備復雜昂貴，尤其是關鍵設備，更是高達上千萬美元，長期以來一直被歐洲、美國和日本的企業(yè)壟斷。目前，生產設備制造成本占我國薄膜太陽能電池發(fā)電成本的七成左右，這導致電力上網(wǎng)價格比傳統(tǒng)電價高出一大截，其產業(yè)化瓶頸十分明顯。
薄膜電池中的CIGS電池較具發(fā)展?jié)摿?。薄膜涂層電池由于低成本特點，轉換效率不斷提升，未來市場份額勢必會明顯增長，薄膜電池行業(yè)增速將繼續(xù)高于晶硅電池行業(yè)增速。目前主要是材料成本較高，需要配置追日聚光系統(tǒng)，因此應用受限。
薄膜電池行業(yè)在最近幾年才成規(guī)模，不論技術水平、行業(yè)成熟度、供應鏈等均處于逐漸成熟的過程中。首先從供應鏈看，薄膜電池產業(yè)鏈也處于新建過程中，部分原材料;其次，其設備接近專業(yè)設備，價格高昂，設備商的利潤空間很高，因此生產和檢測設備需重點關注。
薄膜太陽能電池還需要進一步降低成本和提高效率。技術和設備成本是制約的關鍵。應當實現(xiàn)薄膜產業(yè)高端裝備國產化，擴大薄膜電池的產量，以規(guī)?；瘞映杀窘档?。
根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)測算，到2020年，我國城鄉(xiāng)房屋建筑面積約為890億平方米，以東、南、西墻墻面積的15%、屋頂面積的10%計，直接市場規(guī)模超過10萬億元，間接市場規(guī)模達30萬億元，相當于我國汽車市場的3-5倍。即使按照10%的轉化率和太陽能平均每年1300個發(fā)電小時計算，裝機規(guī)模相當于368個葛洲壩或45個三峽，可替代全社會30%左右的年用電需求。而對于薄膜發(fā)電技術來說，憑借其獨特的優(yōu)勢，在光伏建筑一體化（BIpV）領域是極具市場競爭力的。
雖然薄膜電池尚未形成產業(yè)化，在轉化效率方面也低于晶硅電池（美國MiaSole15.5%、德國Manz14.6%），但CIGS薄膜電池轉化效率以1-1.5%/年提升。因此，五年后薄膜電池轉化效率有望超過晶硅電池，加之規(guī)?；男纬桑瑢脮r綜合成本將低于晶硅電池，將會成為市場的主流選擇。
從近幾年薄膜電池的發(fā)展勢頭來看，銅銦鎵硒是其中唯一增長的薄膜類電池。薄膜電池材料消耗少、制備能耗低、組件生產可在一個車間內完成，成本優(yōu)勢明顯。如果薄膜電池組件效率與晶硅電池相差無幾，其性價比將是無可比擬的。在柔性襯底上制備的薄膜電池，具有可卷曲折疊、不拍摔碰、重量輕、弱光性能好等優(yōu)勢，將來的應用前景將會更加廣闊。加之光伏建筑一體化等分布式光伏的應用，預計5-10年后，薄膜電池將占據(jù)30%以上的市場份額。
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