環(huán)境與能源問題一直是受國際關(guān)注的熱點問題，人類對可持續(xù)能源的需求變得十分迫切，中國政府在“十二五”規(guī)劃中對新能源提出了具體的發(fā)展目標(biāo)。在新能源領(lǐng)域，太陽能光伏發(fā)電占據(jù)了重要的位置。

　　光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，光伏產(chǎn)品應(yīng)用具有多樣性，這些為薄膜太陽能電池提供了發(fā)展機遇，但薄膜太陽能電池仍面臨著很大的挑戰(zhàn)：對于一些化合物材料的物理科學(xué)問題缺少充分的理解，工藝技術(shù)有待創(chuàng)新改進，還需要新材料和新結(jié)構(gòu)來替代貴材料和毒材料，尤其是化合物薄膜電池，關(guān)鍵精密設(shè)備與工藝的集成度有待深入研究開發(fā)。

　　一、太陽能薄膜電池：能源的救星

　　CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa（1-x）Se2的簡寫，其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2014年12月刷新為21.7%，由德國太陽能和氫能研究機構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備。大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%范圍內(nèi)。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體硅太陽電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場。雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢，但他也面臨三個主要的問題：

　?。?）制程復(fù)雜，投資成本高

　　（2）關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足

　?。?）緩沖層CdS具有潛在的毒性。

　　二、全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量分析

　　薄膜太陽能電池產(chǎn)量創(chuàng)下新紀(jì)錄

　　近些年太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅猛，過去10年間世界光伏電池和組件的產(chǎn)量年增幅大于35%。根據(jù)Solarbuzz最新年度光伏市場報告，2010年全球光伏市場安裝量達(dá)到18.2GW，比2009年增加139%。從產(chǎn)值看，2010年光伏產(chǎn)業(yè)全球營收達(dá)到820億美元，與2009年相比增幅達(dá)105%。2010年全球前5大光伏市場國家為德國、意大利、捷克、日本和美國，這5個國家占據(jù)全球安裝量的80%，日本和美國的光伏市場增長速度很快，年增長分別達(dá)到101%和96%。

　　總體而言，2010年世界上有100多個國家為光伏產(chǎn)業(yè)的迅速增長做出了貢獻(xiàn)。另外，從產(chǎn)量看，2010年全球太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到20.5GW，中國大陸和中國***的電池產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的59%。從廠商出貨量看，尚德電力和晶澳太陽能并列第一，緊隨其后的是美國第一太陽能。其中薄膜太陽能電池占全球太陽能電池總產(chǎn)量的13.5%，這也是光伏市場薄膜電池產(chǎn)量的新紀(jì)錄。

　　目前在光伏市場上薄膜太陽能電池的產(chǎn)品類型主要有CdTe薄膜電池、硅基薄膜電池和CIGS薄膜電池。這些薄膜太陽能電池根據(jù)襯底材料可以分為剛性（即玻璃襯底）電池和柔性（不銹鋼或聚酯膜襯底）電池。其中柔性電池的優(yōu)點是可折疊、重量輕、不易碎。與常規(guī)的晶體硅太陽能電池相比，這些薄膜電池使用材料很少，構(gòu)成太陽能電池的薄膜材料厚度不超過5微米，而晶體硅電池厚度約180微米～200微米。各種材料薄膜太陽能電池以其特有的優(yōu)勢和逐漸成熟的工藝技術(shù)占有了光伏市場的一席之地，而且成長速度非常快。工藝、材料是規(guī)?；a(chǎn)最大瓶頸

　　薄膜太陽能電池因為廉價的襯底材料（如玻璃、不銹鋼、聚酯膜），有柔性，材料禁帶寬度可調(diào)控，組件溫度系數(shù)低等優(yōu)點很受矚目，在光伏市場的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴大，2010年已經(jīng)占13%以上的市場份額。各種薄膜電池都有一些瓶頸問題尚未解決。

　　薄膜電池行業(yè)處于發(fā)展初期，市場份額遠(yuǎn)低于晶體硅電池，但未來市場空間巨大，全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展引發(fā)了全球多晶硅供應(yīng)的持續(xù)緊缺，嚴(yán)重的制約了晶體硅電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，晶體硅電池企業(yè)之間的搶料和價格競爭也隨之加劇。與晶體硅電池相比，薄膜電池具有原材料充裕、能耗小、成本相對低廉的優(yōu)勢，薄膜電池行業(yè)悄然興起。

　　硅薄膜電池已逐漸具備產(chǎn)業(yè)爆發(fā)性增長的條件，有望超越其他種類的薄膜電池：

　　1、硅薄膜電池技術(shù)成熟度高，發(fā)展路徑清晰，使用疊層工藝將使轉(zhuǎn)換效率及衰減問題不再突出；

　　2、薄膜電池設(shè)備供應(yīng)商快速崛起對行業(yè)迅猛發(fā)展起到了重要的推動作用；

　　3、硅薄膜電池在原材料易得性與清潔安全等方面均不存在瓶頸。薄膜光伏電池是在低成本的玻璃、塑料、不銹鋼等基板上沉積形成很薄的感光材料實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，主要包括硅薄膜電池（a-Si、a-Si/c-Si等）、碲化鎘（CdTe）、銅銦硒（CIS、CIGeS）。

　　2015年全球薄膜太陽能電池的產(chǎn)能約為9.3GW，產(chǎn)量約為4.4GW（圖。按技術(shù)劃分，2015年硅基薄膜電池的產(chǎn)能占比為38%，銅銦鎵硒薄膜電池的產(chǎn)能占比為27%，碲化鎘薄膜電池的產(chǎn)能占比為35%。

　　目前硅基薄膜太陽能電池，無論單結(jié)、雙結(jié)還是三結(jié)電池，制造工藝都是采用等離子體增強的化學(xué)氣相沉積（PECVD）方法，真空腔的清洗基本是氟化物（SF6或NF3），排出物是含氟氣體。荷蘭科學(xué)家Rob van der Meulen等在2011年第19期的Progress in photovoltaics：Research and Applications上發(fā)表文章稱，這種含氟氣體對環(huán)境造成的溫室效應(yīng)比CO2高17200～22800倍。太陽能光伏發(fā)電一直以來被認(rèn)為是綠電，那么在制造環(huán)節(jié)中也應(yīng)該采用綠工藝。對于硅基薄膜電池廠商來說，有尋找新的清洗氣體替代當(dāng)前的氟化物的方案，降低溫室氣體排放。另一種方案是盡快提高電池的轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)穩(wěn)定效率達(dá)到12%～16%，才有可能補償排放的溫室氣體對環(huán)境的影響。此外由于硅薄膜組件效率低（5%～7%），在光伏系統(tǒng)應(yīng)用中單位發(fā)電功率占地面積幾乎是晶體硅組件（效率為13%～15%）的2倍，相應(yīng)地，BOS的成本也要增加，可見提高硅基薄膜組件的光電轉(zhuǎn)換效率是贏得市場的重要條件。

　　最近幾年，更多的人開始關(guān)注CIGS薄膜太陽能電池，量產(chǎn)化成功的案例是日本的SolarFrontier（前身是Showa Shell），技術(shù)和設(shè)備是自主開發(fā)的。其CIGS薄膜的技術(shù)路線是濺射加后硒化處理，核心就是后硒化處理。由于硒化過程采用有毒氣體，硒化設(shè)備的設(shè)計非常重要，而市場上沒有專業(yè)的硒化設(shè)備供應(yīng)商。此外采用蒸發(fā)技術(shù)制備CIGS薄膜遇到的問題是如何做到大面積薄膜的均勻性和可靠性，包括薄膜的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)、電學(xué)和厚度等的均勻性和可靠性。除了上述技術(shù)上的難題，原材料In也是人們議論的焦點之一。In是貴金屬，地球上材料豐度小，可能會限制這類電池的大規(guī)模生產(chǎn)。這就對新材料的開發(fā)提出了高的要求。PV-tech.com網(wǎng)站2011年5月報導(dǎo)瑞士科學(xué)家在柔性塑料襯底上制備出18.7%轉(zhuǎn)換效率的CIGS電池，柔性電池的主要優(yōu)點是可以采用卷對卷工藝來降低制造成本。上圖給出了美國Global Solar公司的產(chǎn)品示意圖。柔性電池產(chǎn)業(yè)化道路上的主要障礙是如何在低溫條件下制備性能優(yōu)良的薄膜。

　　美國第一太陽能對CdTe薄膜電池技術(shù)嚴(yán)密封鎖，其他欲進入該領(lǐng)域的企業(yè)在量產(chǎn)化過程中困難重重。目前中國的薄膜電池企業(yè)大部分在硅基薄膜領(lǐng)域，也有一些企業(yè)開始進入CIGS和CdTe薄膜電池領(lǐng)域。這些企業(yè)比較普遍的做法是關(guān)鍵設(shè)備和原材料從國外進口，由于缺少核心技術(shù)，遇到的問題是整條生產(chǎn)線各種設(shè)備的兼容性不理想，設(shè)備與工藝的集成度不高，導(dǎo)致產(chǎn)品良品率低，成本難以下降，市場競爭力弱。

　　三、全球主要薄膜太陽能電池制造商

　　四、多晶硅薄膜太陽電池的發(fā)展?fàn)顩r

　　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?guī)模的應(yīng)用需要快速實現(xiàn)成本的降低。

　　薄膜電池生產(chǎn)設(shè)備：硅基薄膜電池，銅銦鎵硒電池CIS/CIGS，碲化鎘薄膜電池CdTe，染料敏化電池生產(chǎn)技術(shù)及研究設(shè)備。

　　近年來，太陽能光伏電池市場正在向薄膜太陽能光伏產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。薄膜太陽能電池的優(yōu)勢在于其產(chǎn)業(yè)鏈的耗能更低；制備材料選擇更廣泛；制備技術(shù)多樣；比晶體硅太陽能電池有更高的每瓦發(fā)電量；產(chǎn)品的發(fā)電效率的提升有更大的潛力；產(chǎn)品重量更輕并且可以柔性化，使用范圍更寬泛，更適合于光伏建筑一體化。其中實驗室效率超過了20%的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是光伏轉(zhuǎn)換效率最高的薄膜太陽能電池。由于銅銦鎵硒太陽能電池沒有光致衰減效應(yīng)、性能穩(wěn)定、發(fā)電量高、對環(huán)境友好，所以它是歐洲、日本和美國最為關(guān)注的新一代高效薄膜太陽能電池。

　　采用真空沉積技術(shù)制備的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池不僅創(chuàng)下了轉(zhuǎn)換效率20.4%的記錄，而且已經(jīng)成熟地大規(guī)模工業(yè)化了，產(chǎn)品已經(jīng)具備成本競爭力。非真空法技術(shù)制造銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有更低成本和易于大面積的潛在優(yōu)勢，也吸引了愈來愈多的關(guān)注，歐洲、美國和日本的主要銅銦鎵硒薄膜太陽能電池企業(yè)的最佳組件產(chǎn)品效率都已超過13%。

　　五、薄膜太陽能電池市場發(fā)展分析

　　1、薄膜太陽能電池市場狀況

　　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。

　　2、薄膜太陽能電池市場競爭現(xiàn)狀

　　技術(shù)領(lǐng)先是光伏企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。在我國，以漢能控股集團為代表的光伏企業(yè)正在推動光伏產(chǎn)業(yè)從一代光伏（晶硅模式）向二代光伏（薄膜模式）的升級，并且已經(jīng)掌握了最有前景的技術(shù)。目前A股上市公司中涉及薄膜太陽能電池的公司主要有風(fēng)帆股份、廣東榕泰、天威保變和綜藝股份等。2013年7月，漢能成功并購美國GlobalSolarEnergy公司，這是漢能繼2012年并購德國Solibro和美國MiaSolé公司之后，在一年內(nèi)完成的第三次海外技術(shù)并購。對GSE的并購，使?jié)h能成為全球首家實現(xiàn)柔性薄膜太陽能組件大規(guī)模量產(chǎn)的公司，同時也標(biāo)志著漢能通過全球技術(shù)整合，占據(jù)了薄膜光伏技術(shù)的最前沿。目前，漢能掌握非晶硅-鍺、非晶硅-納米硅、銅銦鎵硒等7條全球領(lǐng)先的薄膜技術(shù)路線，薄膜太陽能組件量產(chǎn)轉(zhuǎn)化率已達(dá)到15.7%，研發(fā)轉(zhuǎn)化率最高已達(dá)19.6%。

　　據(jù)悉，漢能的薄膜技術(shù)不僅在國內(nèi)是第一，在世界上也位居先列，而且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。其領(lǐng)先地位主要表現(xiàn)在原材料消耗少、能量回收期短、、可制成柔性薄膜組件、產(chǎn)品多樣化等方面。

　　目前，漢能已在四川、廣東、海南、浙江、山東、江蘇等地投資建設(shè)了太陽能薄膜發(fā)電產(chǎn)業(yè)研發(fā)制造基地，總產(chǎn)能達(dá)到3吉瓦。同時，漢能在全球進行電站資源開發(fā)，已與新疆、內(nèi)蒙古、寧夏、江蘇、海南、山東、河北等省區(qū)以及歐洲多國簽訂了約10吉瓦的太陽能薄膜電站建設(shè)協(xié)議。

　　3、硅材料供應(yīng)危機引來薄膜電池投資熱

　　薄膜電池的主要制造原材料為我國分布廣泛的銅、銦、鎵、硒。中國在發(fā)展CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)上具有得天獨厚的有利條件。首先我國是全球最大的稀有金屬銦、鎵資源儲備和產(chǎn)出國，CIGS薄膜電池量產(chǎn)所需材料可以100%自給；其次，基于CIGS在下游終端市場的表現(xiàn)和上游制造環(huán)節(jié)的技術(shù)優(yōu)勢，CIGS產(chǎn)業(yè)化大綱早被國家科技部列為“十二五”光伏規(guī)劃中，正在編制的“十三五”光伏規(guī)劃，應(yīng)再次把CIGS薄膜電池技術(shù)作為我國未來發(fā)展重大科技項目。

　　早在上世紀(jì)70年代，非晶硅薄膜就被研制出來，但由于轉(zhuǎn)換效率只有多晶硅的一半，一直未能得到普及。最近幾年光伏產(chǎn)業(yè)的日漸受寵，引發(fā)了硅材料的供應(yīng)危機。與此相應(yīng)，繼太陽能組件熱、多晶硅熱之后，薄膜電池又成為國內(nèi)光伏領(lǐng)域新的投資熱點。

　　4、風(fēng)投轉(zhuǎn)向太陽能薄膜電池

　　世界銀行集團成員國際金融公司向中國新奧集團旗下新奧太陽能有限公司提供1.36億美元，建設(shè)一條大型薄膜太陽能模塊生產(chǎn)線。從某種意義上來講，風(fēng)投是從主流大廠布局變動中嗅到了行業(yè)變動的預(yù)兆。

　?、佟７蔷Ч?。

　　非晶硅薄膜是太陽能電池核心原材料之一，也稱微晶硅。按照材料的不同，當(dāng)前硅太陽能電池可分為三類：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和薄膜太陽能電池三種。非晶硅薄膜就是相對于單晶硅和多晶硅來說的。薄膜太陽電池作為一種新型太陽能電池，由于其原材料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、便于大規(guī)模生產(chǎn)，因而具有廣闊的市場前景。

　　薄膜電池基本上分為：非/微晶硅薄膜電池、CIGS薄膜電池和CdTe薄膜電池三種。

　　其中，GIGS的轉(zhuǎn)換效率最高，約為10%～12%，CdTe的轉(zhuǎn)換效率次之，約為8.5%～10.5%，非/微晶電池最低，一般為6%～8%；但從原材料的可獲取性來看，非/微晶電池的原材料為硅烷，最為普遍，而另外兩種電池的原材料中均包含稀有元素化合物，可獲取性較低。

　　近年來，非晶硅薄膜太陽電池逐漸從各種類型的太陽電池中脫穎而出，在全球范圍內(nèi)掀起了一股投資熱潮。大尺寸玻璃基板薄膜太陽電池投入市場，必將極大地加速光伏建筑一體化、屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及光伏電站等的推廣和普及。同時，非晶硅薄膜電池在高氣溫條件下衰減微弱，所以也適合高溫、荒漠地區(qū)建設(shè)電站。

　?、?。銅銦鎵硒電池板。

　　CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa（1-x）Se2的簡寫，其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2014年12月刷新為21.7%，由德國太陽能和氫能研究機構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備。

　　大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%范圍內(nèi)。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體硅太陽電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。

　　此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場。雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢，但他也面臨三個主要的問題：

　　（1）制程復(fù)雜，投資成本高

　?。?）關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足

　　（3）緩沖層CdS具有潛在的毒性。

　?、?。碲化鎘。

　　CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，帶隙1.5eV，與太陽光譜非常匹配，最適合于光電能量轉(zhuǎn)換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率（28%），性能很穩(wěn)定，一直被光伏界看重，是技術(shù)上發(fā)展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜，沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池是太陽能電池中最容易制造的，因而它向商品化進展最快。

　　提高效率就是要對電池結(jié)構(gòu)及各層材料工藝進行優(yōu)化，適當(dāng)減薄窗口層CdS的厚度，可減少入射光的損失，從而增加電池短波響應(yīng)以提高短路電流密度，較高轉(zhuǎn)換效率的CdTe電池就采用了較薄的CdS窗口層而創(chuàng)了最高紀(jì)錄。要降低成本，就必須將CdTe的沉積溫度降到550℃以下，以適于廉價的玻璃作襯底;實驗室成果走向產(chǎn)業(yè)，必須經(jīng)過組件以及生產(chǎn)模式的設(shè)計、研究和優(yōu)化過程。

　?、?。有機薄膜太陽能電池。

　　有機太陽能電池，顧名思義，就是由有機材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池。主要是以具有光敏性質(zhì)的有機物作為半導(dǎo)體的材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流，實現(xiàn)太陽能發(fā)電的效果。有機薄膜太陽能電池具有材料潛在的低價格、加工容易、可大面積成膜、分子及薄膜性質(zhì)的可設(shè)計性、質(zhì)輕、柔性等顯著優(yōu)點，但有機半導(dǎo)體的載流子遷移率較無機半導(dǎo)體低、穩(wěn)定性差。目前有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率很低，只有將光電轉(zhuǎn)換效率提高到5%以上才可能大規(guī)模應(yīng)用。

　　5、薄膜電池市場分類

　　目前研究領(lǐng)域開發(fā)出的薄膜太陽能電池可分成以下幾類：

　　1）硅基薄膜電池，包括：非晶硅薄膜電池、微晶硅薄膜電池；

　　2）化合物半導(dǎo)體電池，包括：銅銦鎵錫系列薄膜電池（CIGS）、碲化鎘系列薄膜電池（CdTe）；

　　3）新技術(shù)新材料電池，包括：有機薄膜太陽能電池、納米染料二氧化鈦薄膜太陽能電池和球狀硅薄膜電池。