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1、當前現(xiàn)狀：晶硅為主，薄膜為輔

光伏發(fā)電的基本原理。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應原理，即當半導體受到光照時，某光線的光子會被半導體晶體吸收，形成空穴-電子對，在半導體內(nèi)部的PN結產(chǎn)生的內(nèi)電場作用下，N型半導體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結中形成電勢差，由此形成了電源。

光伏電池的分類。根據(jù)不同的標準光伏電池可劃分為不同的類別：按結構分類，可分為同質(zhì)結、異質(zhì)結、肖特基太陽電池；按結晶狀態(tài)分類，可分為結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式兩大類，而前者又分為單結晶形和多結晶形；按所用材料分類，還可分為晶硅陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池等。目前最常用的分類方法為按照材料進行劃分電池類型，主要分為晶硅以及薄膜電池兩大類。

晶硅電池：作為最早出現(xiàn)的光伏電池，被稱為第一代半導體電池。由玻璃、EVA、電池片、背板和電池板等組成。硅材料是一種半導體材料，太陽能電池發(fā)電的原理主要就是利用這種半導體的光電效應形成空穴電子對，在內(nèi)電場作用下形成電流。晶硅電池包括單晶硅及多晶硅兩種，其中單晶硅依靠效率優(yōu)勢，目前占主導。

薄膜電池：是指在玻璃、柔性聚合物等基板上沉積一層厚度不大于20微米的薄膜，并在這層薄膜中制作PN結等形成的太陽電池。薄膜太陽電池主要包括硅基薄膜、銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）、砷化鎵（GaAs）、鈣鈦礦及有機薄膜電池等。

當前晶硅電池占據(jù)絕對主導。復盤過往光伏電池歷史，薄膜電池也曾占據(jù)重要位置，1988薄膜電池占比達到頂峰在30%以上，但隨著光伏行業(yè)的快速放量以及晶硅電池的效率持續(xù)提升以及成本逐步下降，薄膜電池雖然總量持續(xù)增長但占比逐步下降。截至2020年，全球光伏電池市場中單晶硅電池占比約80.4%、多晶硅15.5%、薄膜電池約5.1%。

CdTe在薄膜電池中占據(jù)絕對主導。依據(jù)CPIA數(shù)據(jù)，2020全球薄膜電池的產(chǎn)能接近10GW，產(chǎn)量約為6.48GW，同比增長5.5%。從產(chǎn)品類型來看，2020年碲化鎘薄膜電池的產(chǎn)量約為6.2GW，在薄膜太陽電池中占為95.7%；銅銦鎵硒薄膜電池的產(chǎn)量約為270MW，其中國外220MW，國內(nèi)50MW，占比為4.2%；硅基薄膜電池產(chǎn)量10MW，占比不到1%。


性價比優(yōu)勢明顯，碲化鎘電池成為主流。碲化鎘薄膜電池具有較低的制造成本，主要由其電池結構、原材料及制造工藝等方面決定的：

首先，碲化鎘薄膜電池是在玻璃或是其它柔性襯底上依次沉積多層薄膜而形成的光伏器件，相對結構大大縮短了生產(chǎn)時間，使制造成本明顯下降。據(jù)美國FirstSolar數(shù)據(jù)顯示，碲化鎘薄膜太陽能電池組件全流程生產(chǎn)時間小于2.5小時。

其次，碲化鎘的吸收系數(shù)在可見光范圍高達105/cm，因此碲化鎘薄膜太陽能電池理論上吸收層厚度在左右，原材料消耗極少。

最后，碲化鎘屬于簡單的二元化合物系統(tǒng)，容易生產(chǎn)單相材料，制備方法容易實施，有效降低了制造成本，且相對銅銦鎵硒的原料更容易獲得也更便宜。

2、BIPV帶來薄膜電池放量新機遇

BIPV的全稱為建筑光伏一體化（BuildingIntegratedPhotovoltaic,BIPV），即將光伏組件集成于建材，建筑利用太陽能的產(chǎn)品。在光伏發(fā)電端，隨的不斷進步，組件成本長期持續(xù)保持下行趨勢，這使「光伏+建筑」的應用場景逐步具備商業(yè)價值。

分布式光伏剛剛起步。根據(jù)國家能源局，截至2020年底新增分布式光伏裝機15.52GW，其中戶用裝機在10GW左右，其余基本為工商業(yè)裝機規(guī)模。據(jù)此，按照每米裝機200Wp計算，可得戶用裝機面積在0.5億，對應住宅類屋頂?shù)臐B透率為12.3%；工商業(yè)裝機面積0.3億，對應滲透率在10.6%；合計裝機面積0.8億平米，對應滲透率10%左右。

薄膜電池是BIPV最優(yōu)選擇

透光率可調(diào)且可滿足定制化的需求。生產(chǎn)晶硅電池時，制絨環(huán)節(jié)中硅片表面腐蝕量的不同最終會導致電池片產(chǎn)生色差，常見的色差種類包括紅片、花片和部分陰陽片。將晶硅電池封裝加工成BIPV組件后，晶硅電池的色差會嚴重影響B(tài)IPV組件的美觀性。即使通過分選將顏色相近的電池片封裝在同一塊組件中，電池片的顏色決定晶硅組件主要是深藍、淺藍等藍色系色彩，比較單調(diào)，無法滿足BIPV建筑對色彩的多樣化需求。

碲化鎘薄膜太陽能電池生產(chǎn)技術及其生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢，電池組件透光率可調(diào)，尺寸大小可定制、顏色圖案可變，色彩整體性強。此外，晶硅電池的韌性相對不佳，很難對其進行弧面設計，大大限制了晶硅電池的應用場景，而且晶硅電池因為高度標準化的原因，尺寸調(diào)整也較為不便。

弱光性強且溫度系數(shù)低，適用性更好。CdTe是直接間隙材料，對全光譜吸收都較好，所以在清晨、傍晚、積雪、積灰、霧霾等弱光條件發(fā)光效果明顯優(yōu)于間接帶隙材料的晶硅電池。在較低輻照度下，碲化鎘比晶硅早發(fā)電1個多小時，說明碲化鎘在弱光下有更高的電壓。此外碲化鎘薄膜太陽能電池組件的溫度系數(shù)約為-0.21%/℃，晶硅電池的溫度系數(shù)在-0.45%/℃左右。因此其發(fā)電量比標稱功率相同的晶硅電池多，也更適合于高溫環(huán)境。當組件工作溫度在75℃時，發(fā)電能力比晶硅電池高出15%。

薄膜電池熱斑效應小。當晶體硅光伏組件中某塊太陽電池被遮擋時,電池電壓將會被偏置成負載,消耗其他電池發(fā)的電。因此,這塊電池的溫度會比其他電池更高,從而產(chǎn)生熱斑效應。長期的樹葉，桿身，樹木等陰影遮擋下，易導致熱斑效應，局部溫度過高，燒壞組件，極易產(chǎn)生火災。而碲化鎘等薄膜電池的垂直劃線設計可將電力損失降到最低。因此在城市等復雜環(huán)境下，薄膜電池更加適用。


政策支持加速薄膜電池發(fā)展

符合碳排放控制目標，薄膜電池是更清潔的可再生能源。美國能源部布魯克文國家實驗室的科學家就鎘排放的問題，系統(tǒng)地研究了多個常規(guī)能源和核能的單位發(fā)電量的重金屬排放量，在太陽能電池的分析中，考慮了將原始礦石加工得到制備太陽能電池所需材料、太陽能電池制備和使用等全壽命周期過程，研究結果表明天然氣和碲化鎘排放量都處較低水平。此外依據(jù)FirstSolar數(shù)據(jù)，碲化鎘電池相較晶硅電池具備，具有最小的碳足跡、最快的能源回收時間和最低的行業(yè)生命周期用水。

政策導向明確，部分地區(qū)已經(jīng)先行。2021年10月13日，住建部正式發(fā)布了國家強制性規(guī)范《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》，自2022年4月1日起實施。這是建筑節(jié)能與可再生能源利用領域國家全文強制性規(guī)范。要求新建及改擴建項目的可行性報告及設計文件必須包含可再生能源利用及建筑碳排放分析報告，且施工圖設計文件必須明確相關系統(tǒng)運營的技術要求；且要求光伏組件設計壽命高于25年，對不同電池的衰減系數(shù)做出了明確要求。

此外從地方政策看，2020年9月安徽蚌埠發(fā)布《蚌埠市薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)品在建筑上推廣應用工作方案》，提出在新建公共建筑及居住建筑均需按照一定比例安裝薄膜電池；近日，國務院印發(fā)《關于支持北京城市副中心高質(zhì)量發(fā)展的意見》，大力推廣綠色建筑，新建大型公共建筑執(zhí)行三星級綠色建筑標準、將安裝光伏設施作為強制性要求。

綠色建筑及光伏相關補貼政策。近年來綠色建筑成為各地關注的重點，多個省份城市出臺相關的補貼政策；此外多地也出臺了光伏發(fā)電的相關補貼，進一步鼓勵可再生能源的利用。對于綠色建筑的打分中，涉及到可再生能源發(fā)電的項目資源節(jié)約及提高創(chuàng)新中的部分項目，合計占比總分數(shù)的13%。結合《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》的強制要求，未來可再生能源利用會是個重要的方向。

薄膜電池的現(xiàn)實經(jīng)濟性尚可

薄膜電池發(fā)電量計算與影響系數(shù)。依據(jù)安徽發(fā)布的《薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化技術規(guī)程》，薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化應用在方案設計時，年發(fā)電量可按照以下公式進行估算：Ep=HA*A*ni*K，其中：HA——水平面太陽輻照總量（kW·h/m2），計算年發(fā)電量時，應為日均水平面太陽輻照量和年日數(shù)的乘積；

A——計算范圍內(nèi)的薄膜太陽能發(fā)電組件總面積（m2）；

ni——組件轉(zhuǎn)換效率（%），由制造廠家提供；

K——薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)綜合效率，綜合效率系數(shù)包括：光伏組件類型修正系數(shù)、光伏陣列的傾角、方位角修正系數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)可用率、光照利用率、逆變器效率、集電線路損耗等。

依據(jù)《規(guī)程》，晶硅組件的綜合效率系數(shù)K在最佳傾角安裝時可取值0.75~0.85?？紤]到薄膜太陽能發(fā)電組件較傳統(tǒng)晶硅電池相比具有年衰減低、抗遮擋能強、弱光發(fā)電性能突出、對安裝傾角要求較少等適用于建筑光伏一體化應用的特點，在綜合效率系數(shù)的選取時，可按照系數(shù)取值上限選用。

回報周期測算：6-8年左右。在建筑立面上的使用，薄膜電池通常與幕墻作為一個整體使用，或者直接作為裝飾立面使用。我們不考慮玻璃幕墻本身的成本，僅考慮加裝薄膜電池增加的額外成本，并以北京、上海、廣州、沈陽等不同緯度城市為例進行測算。

薄膜電池的潛在需求有多大？

依據(jù)以下公式進行計算：光伏幕墻裝機量=（a）商業(yè)建筑立面*南墻比例*玻璃幕墻比例*（b）經(jīng)濟性比例*（c）光伏幕墻滲透率*（d）單位面積功率。

新建立面空間：測算2020年竣工公共/商業(yè)建筑立面面積約4.9億平米。首先根據(jù)建筑竣工面積并依據(jù)公式「建筑面積÷容積率×建筑密度」測算新建屋頂面積；其次計算相應的樓層數(shù)并假設層高計算相應的立面面積，假設南立面占比約為30%，計算可得南立面面積為1.47億平。

存量立面：測算存量竣工公共/商業(yè)建筑立面面積約173億平米?？紤]到存量竣工面積難以計算，對于城市/縣城首先按照「建設用地面積×建筑密度」計算屋頂面積，其次按照屋頂面積*4近似計算立面面積，且僅考慮城市/縣城的公共建筑和商業(yè)建筑（對應公共管理與公共服務用地和商業(yè)服務業(yè)設施用地）。

基于以上對新建及存量立面的測算（僅考慮需求潛力大的商業(yè)建筑，未考慮屋頂、工廠等替代彩鋼瓦場景），并根據(jù)以下假設進行敏感性測算：在光伏幕墻滲透率25%時，新建立面對應裝機需求約為4.2GW；在光伏幕墻滲透率25%，且翻新率5%時，測算存量改造需求約為6.3GW。

（a）：商業(yè)建筑面積僅包含寫字樓、商廈、文娛和科研建筑的立面面積，南墻比例30%，按經(jīng)驗數(shù)據(jù)玻璃幕墻占比20-30%不等；（b）：按照平價周期模型，工作時段年有效光照時長550小時以上具有經(jīng)濟型，依據(jù)中國各地光照時長數(shù)據(jù)，約65%地區(qū)滿足要求；（c）：光伏幕墻滲透率，按照成型案例比例要求，圍繞25%做敏感性假設；（d）：功率由CdTe轉(zhuǎn)換效率決定，將很快觸達假設值；

薄膜電池應用場景多元，并不局限于建筑立面。考慮到薄膜電池美觀個性化的特點，相關要求較高的場景將越來越多的使用薄膜電池，如陽光屋頂、透明索橋、戶外遮陽棚等等，更接近建材的屬性，而并非標準組件。此外隨著國內(nèi)企業(yè)薄膜電池的成本持續(xù)下降以及效率不斷提升，未來也有望逐步擴展到地面電站以及普通屋面分布式光伏領域。

3、效率&成本改善，薄膜未來可期

薄膜電池產(chǎn)業(yè)鏈更短，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同更容易。薄膜電池生產(chǎn)較為集約主要包括TCO玻璃制備、薄膜沉積、活化后處理及組件封裝。其中TCO玻璃目前大多外采，未來隨著需求增長，具備相關能力的企業(yè)或?qū)⒆援a(chǎn)；薄膜層采用PECVD、磁控濺射等方法進行沉積，制作工藝可以連續(xù)在多個真空沉積室或多片在一個沉積室內(nèi)完成，從原材料進場，一個廠房內(nèi)即可完成組件生產(chǎn)，企業(yè)自身可以掌握生產(chǎn)和技術的腳步，技術壁壘高。相反晶硅組件從多晶硅到組件，需要完整的設備、原料、輔料等產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)展協(xié)作。

薄膜電池的效率提升空間大。薄膜電池因為其化合物主要為直接帶隙半導體，其吸光能力較作為間接帶隙半導體的晶硅要高兩個數(shù)量級，因此僅從理論上的極限發(fā)電效率出發(fā)，薄膜電池普遍可以達到33%左右，而晶硅電池不超過30%。但因為技術及設備等限制，目前在實驗室和量產(chǎn)層面依然是晶硅占據(jù)明顯優(yōu)勢，未來隨著薄膜電池技術不斷進步，量產(chǎn)效率有望逐步提升。

成本下降值得期待。當前因為國內(nèi)相關企業(yè)的組件效率、規(guī)模相對較小且主要設備依靠國外采購，因此生產(chǎn)成本相對較高，當前與晶硅電池相對在效率不占優(yōu)勢情況下依然偏高。參考美國第一太陽能，未來隨著規(guī)模擴大、效率提升、材料成本中占比較大的TCO玻璃實現(xiàn)自供以及設備國產(chǎn)化率提高，國內(nèi)企業(yè)的單W成本將持續(xù)下降。2020年美國第一太陽能的單W成本約為0.2美金左右。

國內(nèi)碲化鎘薄膜組件龍頭廠商龍焱能源CEO吳奔之前曾透露，公司4代線可以把成本做到人民幣1.2元/瓦以下，F(xiàn)irst Solar組件效率可以達到19%左右，龍焱4帶線可以做到17%-18%。

從FS看薄膜電池發(fā)展空間。FS成立于1999年并于當年建設第一條試生產(chǎn)線，2006年于紐交所上市，2009年產(chǎn)能已經(jīng)超過1GW，2020年產(chǎn)量達到了6GW。在其發(fā)展過程中經(jīng)歷了數(shù)次的“生死考驗”，如2012、2017年。在2009年之后，公司產(chǎn)量增長明顯在放緩，主要因為隨著晶硅成本下降，薄膜電池在2009年之前建立的成本優(yōu)勢逐步喪失，從此開始公司進入了長期的困難階段。而隨著公司S6新型高效率組件推出，效率及成本明顯改善，產(chǎn)能重新開始擴張快速擴張，預計2021年和2022年底將產(chǎn)能提高至8.7GW和9.4GW。

薄膜電池未來也將在更多領域與晶硅電池直面競爭。以美國第一太陽能為例，2010年開始大力發(fā)展光伏系統(tǒng)運營，2020年光伏組件收入占比64%，光伏系統(tǒng)占比36%，而FS生產(chǎn)的薄膜電池組件產(chǎn)品大部分應用于地面電站系統(tǒng)。對于FS來說依靠更低的成本可與晶硅在大規(guī)模集中電站中展開競爭。從FS在美國市占率來看，假設80%銷量 

原標題：薄膜光伏電池行業(yè)研究