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薄膜電池優(yōu)勢解析
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http://www.china-zesir.com 發(fā)稿日期:2009-2-12
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從技術上講，最為成熟的薄膜太陽能電池當屬硅基薄膜太陽能電池，包括非晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅/微晶硅雙疊層薄膜太陽能電池，在進行薄膜電池投資或研究時，應著重考慮原材料擁有量和技術進步的風險。薄膜電池會首先在歐美日等國家和地區(qū)大規(guī)模開發(fā)，晶體硅太陽能電池等較為成熟的技術將向中國及其他發(fā)展中國家轉移。
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當前太陽能電池產業(yè)的主流技術為晶體硅太陽能電池，包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。經過近幾年太陽能電池產業(yè)的發(fā)展，其效率已經有了很大提高，成本也大幅度下降。目前大規(guī)模生產的單晶硅太陽能電池的平均光電轉化效率可以達到16.5%至17%之間，而多晶硅太陽能電池的平均光電轉化效率達到15.5%。晶體硅太陽能電池的主要問題是產業(yè)鏈的工藝復雜，因此，將晶體硅太陽能電池的成本大幅度降低會遇到較大困難。在降低成本方面，薄膜太陽能電池漸漸顯示出了它的競爭力。
硅基薄膜太陽能電池技術相對成熟
目前，從技術上講，最為成熟的薄膜太陽能電池當屬硅基薄膜太陽能電池，包括非晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅/微晶硅雙疊層薄膜太陽能電池，其中非晶硅薄膜太陽能電池在上世紀80年代就已經開始較大規(guī)模的批量化生產，但是后來發(fā)現(xiàn)該種電池存在光致衰退現(xiàn)象，而且其效率提高得很緩慢，因此在上世紀90年代晶體硅太陽能電池產量擴大的情況下，非晶硅薄膜太陽能電池的生產所占的比例越來越低了。直至最近，太陽能發(fā)電市場的不斷擴大，以及由此造成的硅材料短缺日益嚴重，使得人們加緊了硅基薄膜太陽能電池的研發(fā)。人們的主要目標是提高效率，提高穩(wěn)定性，降低制造成本，其基本技術是使用PECVD（等離子增強化學氣相淀積）技術沉積非晶硅或微晶硅薄膜，襯底是低廉的玻璃或不銹鋼材料。
目前非晶硅單層薄膜的光電轉化效率為6%，光致衰退率可以控制在初始效率值的15%左右。也就是說，在剛制備的電池組件的效率為8%，經過幾個月的日照之后，其效率達到6%左右，并最終穩(wěn)定在這個值。這種特性可以為當前的消費者所接受。目前新近開發(fā)出的非晶硅/微晶硅雙疊層太陽能電池可以達到8.5%的穩(wěn)定效率，而其光致衰退更小，但是由于其工藝較復雜，產業(yè)規(guī)模不大，致使其成本仍較高。實際上，目前研究機構和產業(yè)界都在加緊研究硅基薄膜太陽能電池的大規(guī)模產業(yè)化技術，各方都投入了巨資進行新產品的研發(fā)，其中包括世界頂級半導體設備制造商美國的應用材料公司、歐洲的Oerlikon公司、日本的日本真空公司、德國的萊寶真空公司、美國的EPV公司等。這些公司可以提供成套的非晶硅或者非晶硅/微晶硅雙疊層太陽能電池制造設備以及相匹配的生產制造工藝。
硅基薄膜電池出現(xiàn)投資熱潮
在世界范圍內出現(xiàn)了硅基薄膜電池的投資熱潮。研究機構目前已經描繪了五代硅基薄膜太陽能電池工藝技術：第一代非晶硅單結薄膜太陽能電池、第二代非晶硅/非晶硅雙結薄膜太陽能電池、第三代非晶硅/微晶硅雙結薄膜太陽能電池、第四代非晶硅/非晶硅鍺雙結或三結薄膜太陽能電池、第五代非晶硅/非晶硅鍺/微晶硅三結薄膜太陽能電池。目前在產業(yè)化領域中的主要技術仍舊是前兩者，但是第三代硅基薄膜太陽能電池將在2009年或2010年投入大規(guī)模生產，屆時第一代和第二代技術將退出產業(yè)界。
在生產線技術方面依關鍵的PECVD沉積系統(tǒng)分類，可以劃分出以下5種設備模式：單室多片PECVD沉積系統(tǒng)(EPV、BudaSolar)、串聯(lián)線列式多室單片PECVD沉積系統(tǒng)(日本真空)、并聯(lián)線列式多室單片PECVD沉積系統(tǒng)(萊寶真空)、團簇式多室單片PECVD沉積系統(tǒng)(應用材料公司)、單多片混合型PECVD沉積系統(tǒng)(Oerlikon公司)。
目前，每一種系統(tǒng)都在電池制造商建立了生產線，但是具體哪種生產線模式將成為主流技術還有待驗證。
注意防范原材料供應和技術風險
對于CIGS薄膜電池因其量產電池的效率較高，已有一些廠家推出中試規(guī)模的組件，效率達到10%以上，應該是一種更為理想的薄膜太陽能電池，但是其之所以遲遲不能進入大規(guī)模生產，主要原因是生產的重復性和穩(wěn)定性。由于這種電池使用4種材料，而且每一種材料還需要控制制成特定的晶相以達到最好的光電效應，因此很難控制成膜后的光學和電學特性，尤其難的是在大規(guī)模生產狀態(tài)下能否很好地控制產品的重復性和一致性，這成為制約這種電池發(fā)展的關鍵所在。另一個問題是，由于該種電池的原材料In和Ga都屬于稀有金屬材料，地球含量較低，這就導致在將來大規(guī)模生產后原材料的供應將成為一種隱憂。另外，目前還很少有廠家可以提供這種電池的成套生產線設備。
對于CdTe電池，其生產技術較為簡潔，主要為磁控濺射或近空間升華技術，產品重復性和一致性很好，電池效率目前為7%～8%，并且可以較為容易地提高到10%以上。原材料成本也較低，因此使得該種電池得以快速擴產。但是該種電池在市場上一直存在爭論，就是該種電池使用了鎘元素，這種元素屬于環(huán)境不友好物質，因此一直受到很多公司及市場的抵觸。而且在未來Te的儲量也會限制這種薄膜電池的發(fā)展。因此這種電池可以在一定規(guī)模下、在晶體硅電池價格居高不下、高純硅材料產能不夠的情況下起到一個緩沖作用，真正大規(guī)模的生產并占有較大的市場份額是值得懷疑的。當硅基薄膜電池克服了技術瓶頸，高速發(fā)展之后，CdTe電池將會停滯下來。
綜合比較3種薄膜電池的技術及其優(yōu)缺點，在進行薄膜電池投資或研究時，應著重考慮以下兩點：
第一，原材料擁有量。當一種太陽能電池作為替代型能源產品時，其應用規(guī)模將是巨大驚人的，因此必須考慮其所用原材料在地球上的擁有量，以及電池工藝中的單位原材料使用量。從這個角度考慮，硅太陽能電池將最終成為勝出的產品，硅在地球中的含量占到26%，僅次于氧，為地球上儲量第二位的元素。因此，沒有一種薄膜電池在長遠來看可以和硅基薄膜電池相比。從這個角度來看，人們同樣看好晶體硅太陽能電池。不論CIGS還是CdTe電池，其基本原材料中都含有儲量不足的稀有金屬，前景不容樂觀。即使是新興的像納米染料二氧化鈦太陽能電池也因大量使用鈦這種稀有元素而增加了對其原材料供應的憂慮。
第二，技術進步的風險。目前各種薄膜電池都處在剛剛進入市場的階段，前期一些廠家和研究單位為了開發(fā)技術和設備投入了巨大的人力和資金，因此新技術的設備制造成本和工藝成本都很高，使得薄膜電池生產線的價格居高不下，比如25MW非晶硅薄膜電池生產線的售價在3億元～4億元之間，而25MW晶體硅太陽能電池的生產線的設備成本只有4000萬元～5000萬元，差別巨大。更為關鍵的是薄膜電池目前的技術進步很快，因此在一個中國的電池廠商花巨資購買了昂貴的薄膜電池制造設備之后，在較短的時間內就有新技術出現(xiàn)，因此舊有設備就很可能遭到淘汰。這就使得薄膜電池設備的折舊過高，影響了薄膜太陽能電池成本的降低。再有就是中國的薄膜電池廠商的技術實力很弱，沒有薄膜電池技術更新的能力，因此在新技術和新設備出現(xiàn)之后，廠家無力跟上技術進步，將面臨重新購買新設備或者被淘汰出局的局面。
因此，對于未來薄膜電池發(fā)展的趨勢，我們認為薄膜電池會首先在歐美日等國家和地區(qū)大規(guī)模開發(fā)，與此同時晶體硅太陽能電池等較為成熟的技術將向中國及其他發(fā)展中國家轉移。
從薄膜電池的投資方來看，最重要的是招聘或自我培養(yǎng)一支技術隊伍，確保在設備的維護和未來的技術更新時能發(fā)揮作用。
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三種薄膜太陽能電池進入規(guī)模生產
薄膜電池顧名思義就是將一層薄膜制備成太陽能電池，其用材較少，工藝簡單，能耗較低，具有一定的競爭力。目前已經能進行產業(yè)化大規(guī)模生產的薄膜電池主要有3種：硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池(CIGS)、碲化鎘薄膜太陽能電池(CdTe)。
這3種薄膜電池目前在世界范圍內都有廠家在規(guī)�；a。例如美國的FirstSolar公司在2007年就將碲化鎘薄膜太陽能電池產量擴大到207MW，成為世界第四大太陽能電池制造商，其產能超過300MW，成為目前世界上發(fā)展最快的薄膜太陽能電池企業(yè)，其宣布的成本僅為每瓦1.47美元，遠遠低于同期的晶體硅太陽能電池成本。而在世界范圍內也出現(xiàn)了硅基薄膜太陽能電池生產廠，包括美國的UnitedSolar公司、日本的Kenaka公司和三菱公司、德國的Schott公司等都已推出非晶硅薄膜太陽能電池的生產線。日本夏普公司在2007年晶體硅太陽能電池的生產出現(xiàn)了16%的下滑，公司推出了新的太陽能電池發(fā)展戰(zhàn)略，即大力推進硅薄膜太陽能電池生產線的建設，并將晶體硅太陽能電池產業(yè)生產基地向中國或其他制造成本較低的國家轉移。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池由于其制造難度較大，目前還沒有真正形成大氣候的太陽能電池廠，但是世界多家太陽能電池公司或研發(fā)單位都在加緊研究，使這種太陽能電池盡早進入大規(guī)模工業(yè)化生產階段。 - ■ 與【薄膜電池優(yōu)勢解析】相關新聞
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