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自2012年以來(lái)，薄膜太陽(yáng)能電池似乎步入了寒風(fēng)蕭瑟的嚴(yán)冬，顯得步履維艱。雖然各種薄膜電池的效率記錄不斷地被刷新，但在國(guó)內(nèi)國(guó)際，眾多薄膜企業(yè)或破產(chǎn)或退出薄膜電池業(yè)務(wù)。與太陽(yáng)能電池市場(chǎng)上晶硅電池的一片火爆相比，薄膜電池的市場(chǎng)份額顯得尤其寒酸刺眼。

2013年，由于轉(zhuǎn)化效率始終無(wú)法突破10%，且光致衰退效應(yīng)嚴(yán)重，80%-90%的硅基薄膜太陽(yáng)能電池廠商紛紛倒閉。同為薄膜類的砷化鎵電池由于成本太高，技術(shù)復(fù)雜，雖然隨著近些年技術(shù)的發(fā)展，成本有所降低，國(guó)外已有推廣至地面電站的案例，但在國(guó)內(nèi)，其應(yīng)用仍然局限于空間電源以及移動(dòng)電源。

作為薄膜太陽(yáng)能電池的主流技術(shù)，碲化鎘和CIGS太陽(yáng)能電池為業(yè)界所看好，認(rèn)為是未來(lái)太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是CIGS電池。first solar和solar frontier分別作為碲化鎘電池和CIS太陽(yáng)能電池的領(lǐng)頭羊不斷的刷新自己的效率記錄，并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在國(guó)內(nèi)，隨著漢能、中建材以及上海電氣對(duì)國(guó)外CIGS廠商的收購(gòu)和合作，距離CIGS太陽(yáng)能電池在國(guó)內(nèi)的量產(chǎn)化似乎只有咫尺之遙。但迄今為止，依舊只有龍焱一家實(shí)現(xiàn)了碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的量產(chǎn)，其規(guī)模也只有幾十兆瓦而已。除了柔性基底電池亮相市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)CIGS玻璃襯底組件卻依然缺席光伏市場(chǎng)的。

非晶硅、碲化鎘、CIGS三大薄膜太陽(yáng)能電池中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模國(guó)產(chǎn)化的非晶硅電池隨著在光伏市場(chǎng)的不斷萎縮，已經(jīng)不再是市場(chǎng)的寵兒，那么其他兩種被寄予厚望的薄膜電池國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程為何會(huì)如此艱難呢？

1、原材料成本較高

碲化鎘及CIGS太陽(yáng)能電池都需要一定量的稀有金屬元素，其中某些元素的提純存在很高的技術(shù)難度，未來(lái)一旦大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，由于優(yōu)質(zhì)原料的提純技術(shù)由國(guó)外所掌控，無(wú)疑會(huì)加重薄膜電池的生產(chǎn)成本。

以碲化鎘為例，據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)數(shù)據(jù)顯示，全球碲的儲(chǔ)量?jī)H為2.4萬(wàn)噸左右，主要分布在美國(guó)、秘魯、加拿大等國(guó)家和地區(qū)。而我國(guó)國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道認(rèn)為，全球碲的地質(zhì)儲(chǔ)量為14.9萬(wàn)噸，我國(guó)碲儲(chǔ)量約為2.2萬(wàn)噸，我們姑且認(rèn)為，全球碲的儲(chǔ)量在2.4萬(wàn)噸和14.9萬(wàn)噸之間。

如果按照制造1MW薄膜太陽(yáng)能電池組件約需130-140公斤碲來(lái)測(cè)算的話，地球上的碲資源可以供100個(gè)年生產(chǎn)能力為100MW的生產(chǎn)線用17年到115年之間。

因此，樂觀看來(lái)，全球碲資源儲(chǔ)量是可以滿足生產(chǎn)需求的。但如果從經(jīng)濟(jì)層面考慮，碲原料價(jià)格的不斷上漲卻成為碲化鎘電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大桎梏。2000年，當(dāng)全球碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池還沒有大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，碲原料價(jià)格每公斤僅為34.4美元，全球產(chǎn)量為110噸。但隨著碲化鎘薄膜電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，碲原料的價(jià)格不斷攀升，2011年全球碲原料平均市場(chǎng)價(jià)格為每公斤349.0美元，12年間，全球碲原料價(jià)格上漲了十多倍(見圖1)。

當(dāng)前全球只有美國(guó)FirstSolar量產(chǎn)碲化鎘電池，但是，如果今后有的新的廠家大量涌現(xiàn)，全球碲化鎘電池的產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，那么這種稀缺性原材料碲的市場(chǎng)價(jià)格必然會(huì)瘋狂上漲，繼而導(dǎo)致碲化鎘薄膜電池的生產(chǎn)成本不斷增加，電池的經(jīng)濟(jì)性也將不斷降低。

圖1 2000-2012年全球碲原料平均市場(chǎng)價(jià)格(美元/公斤)

                    數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)

2、設(shè)備產(chǎn)業(yè)化水平較低

今年4月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局下發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》，并同時(shí)發(fā)布了《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖》，其中，大幅提高銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）電池效率，建立完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)線被列為太陽(yáng)能利用路線2030年重要目標(biāo)。

CIGS以及CdTe薄膜電池制造核心設(shè)備基本都是非標(biāo)的，國(guó)外沒有獨(dú)立的設(shè)備制造廠，全是電池制造廠掌握核心技術(shù)設(shè)備。如美國(guó)FirstSolar公司是全球唯一一家采用氣相輸運(yùn)沉積(VTD)技術(shù)的企業(yè)。VTD技術(shù)是FirstSolar公司的專利技術(shù)，并嚴(yán)格禁止其他企業(yè)采用。國(guó)內(nèi)廠家在試生產(chǎn)某種薄膜太陽(yáng)能時(shí)，部分設(shè)備從國(guó)外進(jìn)口，部分采用國(guó)產(chǎn)，由于缺少核心技術(shù)，導(dǎo)致整條線的各種設(shè)備的兼容性不理想。

總體而言，由于技術(shù)及裝備的落后，國(guó)內(nèi)碲化鎘及CIGS太陽(yáng)能電池絕大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段或者中試階段，雖然也有部分國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)推出能夠生產(chǎn)大面積組件的中試線，但無(wú)論從量產(chǎn)效率和可靠性方面都與國(guó)際先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)。

近些年，國(guó)外一些CIGS廠商如Solibro、GSE、Miasole、Avancis先后被國(guó)內(nèi)企業(yè)收購(gòu)，對(duì)中國(guó)的CIGS太陽(yáng)能電池技術(shù)封鎖終于被打破，但對(duì)這些技術(shù)裝備的消化吸收仍有一段很長(zhǎng)的路要走。我國(guó)發(fā)展銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)需要兩條腿走路：一是堅(jiān)持核心技術(shù)自主創(chuàng)新，不能只做裝備的搬運(yùn)工；二是對(duì)國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)線進(jìn)行“引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”。

圖2南開大學(xué)CIGS組件中試線

3、工藝優(yōu)化仍需不斷摸索

多元素化合物的材料結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機(jī)制、以及工藝原理與硅電池材料有本質(zhì)不同，機(jī)理比較復(fù)雜。對(duì)CIGS太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體機(jī)理以及各膜層之間的相互作用進(jìn)行探索，從而優(yōu)化制作工藝，提高轉(zhuǎn)化效率是今后的一個(gè)重要課題。

①在CIGS電池的制作中，容易產(chǎn)生銦和鎵的二元?dú)庀辔?，使薄膜中的元素流失，從而?dǎo)致工藝的重復(fù)性難以控制，良品率降低。因此在生產(chǎn)中需要充分考慮采取何種措施，改善工藝，減少元素的流失。

②無(wú)論是真空蒸發(fā)還是濺射后硒化工藝，如何做到既保證元素配比、晶相結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)特性，又能保證保證大面積均勻，直接關(guān)系到電池轉(zhuǎn)化效率以及良品率。

③對(duì)無(wú)鎘CIGS太陽(yáng)能電池的研發(fā)一直在進(jìn)行。采用CBD法沉積的CdS層，屬于濕法鍍膜，與其他層的干法鍍膜相比，顯得不協(xié)調(diào)，且鎘有毒，所以CIGS從業(yè)者一直對(duì)這一層進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，如采用MOCVD沉積ZnSe、ALCVD法沉積In2S3、磁控濺射InxS以及(Zn,Mg)O作為緩沖層以及窗口層來(lái)代替CBD沉積的CdS緩沖層。目前Solarfrontier在這一方面取得了很好的成績(jī)，采用ZnS代替CdS的無(wú)鎘CIS太陽(yáng)能電池，突破了22.3%的效率記錄，但其他研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)的成果都不盡如人意。

④采用廉價(jià)的元素材料代替In、Ga等稀有元素材料，降低成本，實(shí)現(xiàn)CIGS太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，也是今后研究的重要方向。用Al元素代替CIGS中Ga元素可形成Cu（In1-xAlx)Se2化合物半導(dǎo)體材料，既降低了成本，又拓寬了帶隙，采用此種辦法的IEC電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.9%的較高水平，但至今仍未有實(shí)際生產(chǎn)的案例。

此外，對(duì)窗口層進(jìn)行工藝優(yōu)化、研究新型的窗口層材料從而提高窗口層的光電性能，以及改善電極劃刻對(duì)太陽(yáng)能電池性能的提高也具有積極的意義。

4、電池中有毒元素對(duì)環(huán)境及人身安全具有很大危害

碲化鎘電池，以及CIGS電池都存在有毒性的元素，尤其是碲化鎘電池。其主要影響，一是含有Cd的塵埃通過呼吸道對(duì)人類和其他動(dòng)物造成的危害;二是生產(chǎn)廢水廢物排放所造成的污染。因此對(duì)破損的玻璃片上的Cd和Te應(yīng)去除并回收，對(duì)損壞和廢棄的組件應(yīng)進(jìn)行妥善處理，對(duì)生產(chǎn)中排放的廢水、廢物應(yīng)進(jìn)行符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的處理。

出于對(duì)環(huán)境以及人身安全的考量，碲化鎘電池僅適用于遠(yuǎn)離人群的高原及荒漠電站，集中使用，集中管理，大大限制了該電池的大面積推廣。目前各國(guó)均在大力研究解決CdTe薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)展的因素，如何解決這一問題，打消公眾的顧慮，是薄膜電池從業(yè)者必須面對(duì)的一個(gè)難題。

5、從業(yè)者技術(shù)能力水平仍需提高

國(guó)內(nèi)薄膜太陽(yáng)能電池起步較晚，大約在2001 年以前，國(guó)內(nèi)從事CIGS 薄膜太陽(yáng)能電池研究的單位極少，稍有影響的是天津南開大學(xué)光電子所和清華大學(xué)機(jī)械工程系功能薄膜研究室，之后北京大學(xué)重離子實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系、中國(guó)科技大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)、云南師范大學(xué)、地質(zhì)大學(xué)等也開始開展CIS 系太陽(yáng)能電池的研究。由于當(dāng)時(shí)國(guó)家投入經(jīng)費(fèi)少，電池技術(shù)難度大，只有南開大學(xué)在天津市自然科學(xué)基金與國(guó)家科技攻關(guān)少量計(jì)費(fèi)資助下維持了下來(lái)，在“十五”期間，銅銦硒太陽(yáng)電池被列入國(guó)家863重點(diǎn)課題，才使這種電池在我國(guó)有了一定的發(fā)展。

由于長(zhǎng)期缺少政府政策以及資金的支持，國(guó)內(nèi)的CIGS 人才底蘊(yùn)較薄弱，國(guó)內(nèi)的CIGS從業(yè)者大多都是從相關(guān)行業(yè)轉(zhuǎn)來(lái)，相對(duì)于晶硅電池來(lái)說，化合物薄膜太陽(yáng)能電池機(jī)制復(fù)雜，所以需要培養(yǎng)更多的相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才、提高從業(yè)者的研發(fā)和技術(shù)能力以應(yīng)付CIGS電池生產(chǎn)中遇到的難點(diǎn)。

6、投資規(guī)模仍需擴(kuò)大

由于近些年晶硅電池原材料成本的降低，以及一系列新技術(shù)、新工藝的使用，低成本高效率的晶硅電池占據(jù)了光伏市場(chǎng)的絕大部分份額，出于短期利益以及投資風(fēng)險(xiǎn)的考量，大部分投資者對(duì)當(dāng)下投資薄膜電池持慎重態(tài)度，從而影響了薄膜光伏電池在國(guó)內(nèi)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，不過這樣的狀況現(xiàn)今已有所改觀。

雖然路途艱難，但中國(guó)發(fā)展薄膜太陽(yáng)能電池也具有一定的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于寄予厚望的CIGS薄膜太陽(yáng)能電池，在材料方面，全球已探明的銦儲(chǔ)量，中國(guó)占70%,在材料成本方面，無(wú)疑有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。只要提高原材料提純和加工水平，打破國(guó)外優(yōu)質(zhì)原材料的壟斷，薄膜電池的成本無(wú)疑會(huì)有顯著的降低。

此外，中國(guó)人投資熱情高，看好的項(xiàng)目投資會(huì)很瘋狂，相信隨著CIGS電池效率的不斷突破，會(huì)有越來(lái)越多的投資商會(huì)投入薄膜電池的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中。

今年6月，國(guó)家能源局、工信部、國(guó)家認(rèn)監(jiān)委聯(lián)合對(duì)外發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的意見》，提出要提高光伏產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施“領(lǐng)跑者”計(jì)劃，引導(dǎo)光伏技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。根據(jù)這項(xiàng)政策，多晶硅電池組件和單晶硅電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到16.5%和17%以上，可稱為行業(yè)“領(lǐng)跑者”，而硅基、銅銦鎵硒、碲化鎘及其他薄膜電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率只需分別達(dá)到12%、13%、13%和12%以上就可獲得這一稱號(hào)。這意味著中國(guó)對(duì)薄膜技術(shù)的認(rèn)可和容忍度加大，對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)準(zhǔn)入設(shè)置了較低門檻，這一政策的出臺(tái)，無(wú)疑會(huì)增加更多投資者的信心，減輕薄膜電池生產(chǎn)商生存發(fā)展的壓力。