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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(dǎo)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(chǎn)生電流。在物理學(xué)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(shù)。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(yīng)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(zhì)量的PN結(jié),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(zhuǎn)換效率已達(dá)21.7%,組件全面積轉(zhuǎn)換效率已接近16%,其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)也在逐步完善。隨著此技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)后良品率提升,國產(chǎn)化改進(jìn)優(yōu)化后生產(chǎn)成本降低,將越來越具有競爭力。此外,具有超高轉(zhuǎn)換效率的砷化鎵太陽能電池,憑借著其技術(shù)先進(jìn)性,在特殊的應(yīng)用場景具備很大的發(fā)展?jié)摿?但是目前由于成本偏高,大規(guī)模的應(yīng)用需要快速實現(xiàn)成本的降低。


中國薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)市場現(xiàn)狀及發(fā)展前景預(yù)測

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(diào)研與市場調(diào)查報告》表明:2009年,中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量增長較快,主要是2008年投產(chǎn)企業(yè)較多,眾多薄膜太陽能電池企業(yè)生產(chǎn)步入正常軌道。2009年,中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)263MW;2010年,中國薄膜電池產(chǎn)量為380MW,同比增長44.5%;2011年,中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)565MW。2012年中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量為400MW;2013年中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到了260MW,2014年中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到了300MW,2015年中國薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到了458MW。

中國的薄膜生產(chǎn)商在很大程度上要依靠外國的供應(yīng)商,這有可能導(dǎo)致一些主要的原材料供不應(yīng)求,例如一些目標(biāo)材料、導(dǎo)電玻璃和硅烷氣體。德國賀利氏(Heraeus)公司供應(yīng)中國目標(biāo)材料超過60%。在導(dǎo)電玻璃方面,日本的NSG集團(tuán)和美國AFG工業(yè)公司占據(jù)中國相當(dāng)大的市場份額。

薄膜電池的廣泛應(yīng)用也有市場障礙,當(dāng)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(shè)備投資,幾乎是晶體硅電池設(shè)備投資額的10倍,籌資難度增高。中國國內(nèi)薄膜電池產(chǎn)業(yè)起步更晚,受生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)瓶頸的制約,產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直緩慢。

薄膜太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜昂貴,尤其是關(guān)鍵設(shè)備,更是高達(dá)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(chǎn)設(shè)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(dǎo)致電力上網(wǎng)價格比傳統(tǒng)電價高出一大截,其產(chǎn)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(zhuǎn)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(yīng)用受限。

薄膜電池行業(yè)在最近幾年才成規(guī)模,不論技術(shù)水平、行業(yè)成熟度、供應(yīng)鏈等均處于逐漸成熟的過程中。首先從供應(yīng)鏈看,薄膜電池產(chǎn)業(yè)鏈也處于新建過程中,部分原材料;其次,其設(shè)備接近專業(yè)設(shè)備,價格高昂,設(shè)備商的利潤空間很高,因此生產(chǎn)和檢測設(shè)備需重點關(guān)注。

薄膜太陽能電池還需要進(jìn)一步降低成本和提高效率。技術(shù)和設(shè)備成本是制約的關(guān)鍵。應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)薄膜產(chǎn)業(yè)高端裝備國產(chǎn)化,擴(kuò)大薄膜電池的產(chǎn)量,以規(guī)?；瘞映杀窘档?。

根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?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(dá)30萬億元,相當(dāng)于我國汽車市場的3-5倍。即使按照10%的轉(zhuǎn)化率和太陽能平均每年1300個發(fā)電小時計算,裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)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(shù)來說,憑借其獨特的優(yōu)勢,在光伏建筑一體化(BIPV)領(lǐng)域是極具市場競爭力的。

雖然薄膜電池尚未形成產(chǎn)業(yè)化,在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化效率以1-1.5%/年提升。因此,五年后薄膜電池轉(zhuǎn)化效率有望超過晶硅電池,加之規(guī)?；男纬?屆時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(chǎn)可在一個車間內(nèi)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(yīng)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(yīng)用,預(yù)計5-10年后,薄膜電池將占據(jù)30%以上的市場份額。