三類薄膜電池齊頭并進各有千秋

　　當前普通晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率約為16%～18%，實驗室最高效率是25%（面積4cm2）。雙結(jié)硅基薄膜太陽能電池的實驗室最高效率為11.9%（1.227cm2），產(chǎn)品效率8%～9%；CIGS電池和CdTe電池的實驗室最高效率分別為20.1%（面積0.503mm2）和16.7%（面積1.032cm2），這兩種化合物電池產(chǎn)品效率分別為7%～11%和8%～11%。

　　我們知道太陽能電池在應(yīng)用時都要封裝成組件。當晶體硅電池封裝成光伏組件后，由于受封裝材料（如玻璃、EVA等）限制，有光學損失和電學損失，組件的光電轉(zhuǎn)換效率還要降低1～3個百分點左右。而薄膜電池因其工藝的集成度高，從電池到組件幾乎是同步完成的，轉(zhuǎn)換效率幾乎沒有損失。可見高品質(zhì)的薄膜光伏組件可以達到晶體硅光伏組件的性能。晶體硅電池中硅材料占總成本的30%～50%，電池成本嚴重受限于產(chǎn)業(yè)鏈上游材料的質(zhì)量和數(shù)量。相較而言薄膜電池因使用原材料少、工藝集成度高、成本低、柔性可彎曲等特點有獨特的發(fā)展空間。

　　硅基薄膜太陽能電池

　　商品化硅基薄膜太陽能電池有單結(jié)、雙結(jié)和三結(jié)結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換效率分別為5%～6%、6%～8%、7%～10%，主要生產(chǎn)單位有美國的United Solar System公司，歐洲的VHF-technologies公司，日本的Kaneka、Sharp、Sanyo、三菱等公司，中國的有天威薄膜、新奧、普樂新能源、南通強生、常州暢源、泉州金太陽、深圳拓日、天津津能、浙江正泰、合肥榮事達等。

　　硅基薄膜電池的制備工藝主要是化學氣相沉積技術(shù)，分為射頻等離子體增強的化學氣相沉積、甚高頻等離子體增強的化學氣相沉積、熱絲化學氣相沉積、熱絲催化等離子體化學氣相沉積、微波等離子體化學氣相沉積、脈沖等離子體化學氣相沉積等多種，電池生產(chǎn)工藝分為單室多片、多室單片和連續(xù)卷對卷技術(shù)。設(shè)備供應(yīng)商主要有Oerlikon、Applied Material、Ulvac、Evatech、Leyhold optics、EPV、Energosolar、BudaSolar、Nano PV、華基光電、北儀創(chuàng)新、普樂新能源、思博露科技。這意味著硅基薄膜太陽能電池從設(shè)備到工藝技術(shù)已經(jīng)相對成熟。硅基薄膜電池發(fā)展遇到的難題是在低成本的前提下如何提高光電轉(zhuǎn)換效率到15%，這樣才會有較強的市場競爭力。

? ? ? ? CIGS薄膜太陽能電池

　　在薄膜類太陽能電池中CIGS電池具有最高的實驗室光電轉(zhuǎn)換效率，2010年德國Stuttgart的ZSW研制了效率為20.3%的單結(jié)電池，這是新的世界記錄，為CIGS薄膜電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展增強了信心。因為CIGS多晶薄膜禁帶寬度在1.06eV～1.63eV范圍內(nèi)可調(diào)控，而且材料的吸收系數(shù)高，是非常理想的太陽能電池材料。這類電池的襯底材料可以選擇玻璃、不銹鋼或者聚酯膜，都是廉價材料。商品化CIGS電池的轉(zhuǎn)換效率在7%～11%，日本的Solarfrontier是目前國際上規(guī)模最大的CIGS電池制造商，產(chǎn)能達900MW。還有Honda Motor Company，德國的Wurth Solar、Shell Solar、Solarin等，美國的Global Solar、Daystar Technologies、Nanosolar、Miasole等，中國主要有山東孚日、蘇州高賽等。

　　CIGS薄膜太陽能電池的制備工藝有真空技術(shù)和非真空技術(shù)，真空工藝主要有濺射和蒸發(fā)。對于濺射方法制備的CIGS薄膜需要后硒化處理改善薄膜的性能。非真空技術(shù)可以大大降低電池的制造成本，但電池的性能和效率低下。市場上CIGS光伏產(chǎn)品基本是真空工藝完成的，這樣可以保證較高的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。與硅基薄膜電池不同，CIGS電池專業(yè)的設(shè)備供應(yīng)商還很少，而且到目前為止還沒有成功量產(chǎn)化的案例，這需要生產(chǎn)者的團隊具備較強的工藝技術(shù)實力，以及設(shè)備開發(fā)與整合能力。日本Solarfrontier公司的設(shè)備和工藝都是自主開發(fā)的，設(shè)備是不在市場銷售的。其他各家也基本如此。中國企業(yè)基本是花大價錢購買國外設(shè)備，但設(shè)備不代表工藝技術(shù)，也就意味著不一定能成功量產(chǎn)。

　　CdTe薄膜太陽能電池

　　在光伏電池制造領(lǐng)域，提高光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是永遠的主題。隨著先進制造裝備、革新材料、新器件結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，電池的效率在迅速提升，成本也在急速下降。美國的第一太陽能（First Solar）已經(jīng)成了這個行業(yè)的領(lǐng)跑者，該公司2009年是世界上最大的太陽能電池制造商，2010年產(chǎn)量達到1.1GW。這類電池的吸收層即CdTe薄膜的性能至關(guān)重要，其制備方法有近空間升華法、電沉積法、PVD、CVD、絲網(wǎng)印刷、濺射等，規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用比較成熟的技術(shù)是近空間升華法。當然因為這種電池所用的關(guān)鍵材料為Te和Cd而備受業(yè)界質(zhì)疑。Te的儲量有限，Cd是劇毒材料，二者形成化合物CdTe后是無毒的。這類電池的生產(chǎn)企業(yè)主要有美國的First Solar、BPsolar、EPIR Tecieshnolog，德國的Antech公司、Siemens，日本的matsushita battery，中國四川的阿波羅、杭州的先進太陽能公司等。由于制造技術(shù)主要集中在美國和德國，市場上沒有專業(yè)的設(shè)備供應(yīng)商，限制了其全球范圍的大規(guī)模生產(chǎn)。可見如果沒有自主開發(fā)的核心技術(shù)，短時間內(nèi)是很難成功實現(xiàn)CdTe薄膜電池的規(guī)模化生產(chǎn)。不過，我們可以從美國第一太陽能公司的發(fā)展歷程中學到些東西。

　　美國第一太陽能公司成立于1987年，最初生產(chǎn)非晶硅薄膜電池，1990年開始轉(zhuǎn)移到CdTe電池，1992年制造出了第一個120cm×60cm的光伏組件，隨后發(fā)布建立10MW的生產(chǎn)線，2004年年底產(chǎn)能達到了25MW。其最早供應(yīng)到市場的組件效率在6.2%～6.9%，面積約0.72m2。研究其發(fā)展歷程不難發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)品良品率在逐年上升，從2003年的70%到2007年的90%。同時，隨著技術(shù)的進步，其每條生產(chǎn)線的產(chǎn)能已增加到60MW，效率提高到了11%，成本降低到了0.7美元/W左右。預(yù)計到2013年產(chǎn)能將達到69MW/line，CdTe薄膜厚度減薄到1.8微米，效率達到11.7%，制造成本銳減到0.66美元/W，稀有元素Te的用量從2007年的260噸/GW將下降到120噸/GW。在2011年5月歐洲大型光伏展覽中，第一太陽能宣布隨著在德國新工廠的建立，其產(chǎn)能達到里程碑式的4GW。