薄膜太陽能電池：未來的王者？

目前，全球90%的光伏電池是晶體硅電池，且主要產(chǎn)自亞洲。面對亞洲國家在晶體硅方面的產(chǎn)能和成本優(yōu)勢，歐美國家已經(jīng)或開始將光伏產(chǎn)業(yè)的重點放在了薄膜發(fā)電技術(shù)。2015年5月，歐洲推出新研究項目Sharc25，目的是將CIGS薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率從現(xiàn)有記錄21.7 %升高到25 %，對抗來自亞洲的晶硅組件。美國的FirstSolar公司今年在CdTe實驗室轉(zhuǎn)化率方面刷新世界紀(jì)錄，從2014年的21%提高至當(dāng)前的21.5%，未來數(shù)年的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化率目標(biāo)是18.6%。相比晶體硅技術(shù)，近年來，薄膜技術(shù)進(jìn)步較快，未來的光伏市場屬于晶體硅還是薄膜，目前還很難下定論。本期數(shù)說能源向您介紹薄膜發(fā)電技術(shù)和應(yīng)用的現(xiàn)狀。

目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的薄膜發(fā)電技術(shù)主要包括碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）以及非晶硅（a-Si）等。2015年6月，中國提出要實施光伏組件“領(lǐng)跑者”計劃，引導(dǎo)光伏技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級。多晶硅電池組件和單晶硅電池組件的轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到16.5%和17%以上，硅基、銅銦鎵硒、碲化鎘及其他薄膜電池組件的轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到12%、13%、13%和12%以上可獲得這一稱號。但今年7月公布的第一批“領(lǐng)跑者”認(rèn)證申請企業(yè)清單中僅漢能一家薄膜電池企業(yè)，其余22家均為晶硅電池企業(yè)，對比懸殊。

薄膜組件市場份額

光伏組件產(chǎn)量自2000年以來經(jīng)歷了爆發(fā)式的增長，復(fù)合年均增長率約為44%，薄膜發(fā)電也取得了較大的增長。2014年全球光伏組件總產(chǎn)量約47.5吉瓦，其中薄膜組件、單晶硅和多晶硅的產(chǎn)量分別約為4.4、16.9和26.2吉瓦。在1990年左右，薄膜發(fā)電的市場占有率一度達(dá)到30%，隨后逐年下降至4%，直到2006年因晶體硅價格昂貴，薄膜電池又迎來一段較快的發(fā)展期，2009年的市場占有率達(dá)到16.5%，但隨著晶體硅價格從400美元/千克逐步下降到20美元/千克，薄膜電池的市場份額越來越小，2014年下降至9%。

技術(shù)路線預(yù)測

三類薄膜技術(shù)之中，a-Si是2004年之前最主要的技術(shù)，但在2009年之前總產(chǎn)量均未超過0.5吉瓦，2009后產(chǎn)量開始快速增長，但2011年達(dá)到近1.4吉瓦的峰值后已經(jīng)連續(xù)3年產(chǎn)量下降，到2014年產(chǎn)量只有0.8吉瓦。CdTe自2004年之后產(chǎn)量取得爆發(fā)式增長，2007年后一直是產(chǎn)量最大的薄膜電池，同a-Si一樣也在2011年達(dá)到產(chǎn)量峰值2吉瓦，隨后經(jīng)歷2年的產(chǎn)量下降后，2014年產(chǎn)量有所回升，達(dá)到1.9吉瓦；CI（G）S在2001～2006年間幾乎停產(chǎn)，自2007年后保持增長態(tài)勢，尤其是2011年后另兩種薄膜技術(shù)經(jīng)歷衰退的過程中，CI（G）S依然保持較強(qiáng)勁的增長，2013年超過a-Si成為產(chǎn)量第二高的薄膜技術(shù)，2014年的產(chǎn)量為1.7吉瓦，有預(yù)測認(rèn)為CI（G）S將是最有前途的薄膜技術(shù)。

電池效率PK

盡管薄膜的效率仍然低于單晶硅（電池和組件的最高實驗室紀(jì)錄分別是25.6%和22.9%），但CI（G）S（21.7%）和CdTe（21.5%）電池的實驗效率已經(jīng)超過多晶硅（20.8%），組件的紀(jì)錄也均達(dá)到了17.5%，與多晶硅組件的18.5%的差距已經(jīng)縮小。a-Si的電池和組件最高記錄則分別達(dá)到了10.9%和13.4%。

自1992年以來，多晶硅和單晶硅的轉(zhuǎn)換效率基本穩(wěn)定，僅有很小的提升。CI（G）S和CdTe的進(jìn)步則非常顯著，從15%左右，提升至20%左右，尤其是CI（G）S在2010年后的進(jìn)步非常快。

此外，聚光太陽能電池主要材料是耐高溫的砷化鎵（GaAs），盡管轉(zhuǎn)換效率高（聚光三結(jié)和四結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到44.4%和46%），但主要適用于年均太陽直接輻射非常高（超過2000千瓦時/平方米）的地區(qū)（如撒哈拉沙漠、澳大利亞內(nèi)陸等），由于只能利用直射光，且散熱問題尚需解決，因此目前仍然難以量產(chǎn)，商業(yè)化還不夠成熟，全球的并網(wǎng)總量僅330 兆瓦。