硅基薄膜電池產量逐年下降,CdTe薄膜太陽電池產量大幅增長

不同技術路線薄膜太陽能電池效率發(fā)展情況

根據NREL（美國國家可再生能源實驗室）公布的數據，目前薄膜電池已發(fā)展出十幾種技術路線，其中發(fā)展勢頭最好的有碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、染料敏化電池和非晶硅電池。根據NREL的最新統(tǒng)計，上述幾種電池的實驗室最高轉換效率已分別達到22.1%、23.4%、12.3%和14.0%。作為對比，晶硅電池的實驗室最高轉換效率為47.1%。目前CdTe、CIGS和非晶硅電池均已實現產業(yè)化，染料敏化電池的進程相對落后。

值得一提的是，近年來鈣鈦礦電池（Perovskite Solar Cell，PSC）異軍突起，作為一種問世僅10年的新路線，其實驗室最高轉換效率已達29.1%，發(fā)展速度遠遠超過其他電池，已經成為光伏電池研究領域最閃亮的明星。

注：NREL尚未公布2020年最新數據。

薄膜太陽能電池占太陽能電池份額較小 以CdTe為主

經過40多年的發(fā)展，目前全球薄膜電池的年出貨量也達到GW量級，成為光伏市場的重要補充。根據CPIA的統(tǒng)計，2019年晶體硅太陽能電池依然是太陽能電池的主導產品，其產量占全部太陽能電池產量的比重為95.37%，薄膜電池產量占全部太陽能電池產量的4.63%。

從產量動態(tài)結構來看，1980年代由于硅基薄膜電池的興起帶動薄膜電池市場份額一度超過30%，但隨著硅基薄膜技術路線遇到瓶頸，1990年代薄膜電池的總體份額持續(xù)滑落，2004年之后First Solar推動CdTe電池快速產業(yè)化，將市場份額再度推升至15%以上，隨后由于多晶硅價格的崩盤大幅降低晶硅電池成本，近年來薄膜電池的份額再度萎縮。

根據CPIA的統(tǒng)計，2019年，由于First Solar公司碲化鎘薄膜太陽膜電池產量大幅增長至5.7GW，全球三種主要薄膜太陽能電池中，碲化鎘薄膜太陽膜電池產量最大，占全部薄膜太陽能電池產量的85.5%;其次是銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，占全部薄膜太陽能電池產量的13.3%;非晶硅薄膜太陽能電池占全部薄膜太陽能電池產量的1.2%。隨著技術的發(fā)展，新興太陽能電池近年來也有所發(fā)展，但整體來看，目前還不具備規(guī)模。

硅基薄膜電池技術遭遇瓶頸 產量逐年下降

隨著碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池的興起，硅基類薄膜電池產量近年來有逐年下降的趨勢。根本原因是硅基薄膜轉換效率技術遇到瓶頸，競爭力基本喪失，產量同比大幅下滑。根據中國光伏行業(yè)協(xié)會發(fā)布的數據，2018年，全球硅基薄膜電池產量約為0.1GW。據前瞻測算，2019年，全球硅基薄膜電池產量進一步下降至0.08GW。

硅基薄膜電池目前從產品性能與生產成本上相較晶硅電池無明顯優(yōu)勢，并且技術提升空間有限，企業(yè)相繼退出、減產。根據NREL公布的數據，2017年后，硅基薄膜太陽能電池最高轉換效率記錄再無進展，2015年后，硅基薄膜太陽能電池組件效率再無進展。國際主要的硅基薄膜電池廠商主要為日本的Sharp。目前我國涉及硅基薄膜太陽能電池的公司主要漢能控股公司、風帆股份、廣東榕泰、天威保變和綜藝股份等。

總的來說，目前硅薄膜太陽電池的最高轉換效率較低（a-Si：14.0%，μc-Si：21.2%），市場處于萎縮狀態(tài)。由于碲化鎘薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池和新興太陽電池（Emerging Solar Cells）的發(fā)展，硅基類薄膜電池的前景蒙上了一層陰影。

CdTe薄膜太陽電池產量大幅增長 前景最好

CdTe薄膜太陽電池市場份額遠低于晶硅電池，尤其是2012年以來，由于晶硅電池成本大幅下降，以First Solar為首的薄膜電池企業(yè)控制擴產速度，出貨量增速趨于停滯，份額持續(xù)萎縮。但近年來隨著新一代產品的成本大幅下降，CdTe電池出貨量有望迎來又一輪的高速成長期。根據CPIA的統(tǒng)計，2018年，全球CdTe組件產量為2.7GW。2019年，First Solar公司組件產量大幅增長112%至5.7GW。

從全球來看，碲化鎘是目前為止商業(yè)化最成功的薄膜電池。CdTe材料帶隙寬度約1.5eV，與太陽光譜更匹配，其理論效率達32%，高于晶硅，降本潛力也很大。目前碲化鎘電池的實驗室效率已達22.1%，商業(yè)化組件效率達到19.0%，成本可與晶硅產品抗衡。此外，CdTe電池可以便捷地與建筑材料結合用于BIPV市場。鑒于以上優(yōu)點，碲化鎘電池的產能仍然處于擴張階段，CdTe電池是未來幾年發(fā)展前景最明確的薄膜電池技術。

從國內來看，根據中國光伏行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，2019年我國小面積CdTe電池（0.5mm2）實驗室最高轉換效率約19.2%。CdTe組件（面積為1200×600mm2）量產最高轉換效率為15.9%，量產平均轉換效率為14.6%，較2018年提升了0.6個百分點，2020年有望達到15.9%。

CIGS路線受國內企業(yè)追捧 產能即將釋放

從產業(yè)化角度來看，Solar Frontier的CIGS電池組件已經實現商業(yè)化量產，2017年實現冠軍電池組件轉換效率19.8%（7×5cm2）和19.2%（30×30cm2）。目前CIGS電池組件的生產成本可以達到0.40$/Wp。CIGS電池組件產業(yè)化技術的難點在于沉積薄膜厚度和元素計量比的均勻性，硒化的均勻性和大面積生產的均勻性、重復性和穩(wěn)定性。在產業(yè)化進程中，與工藝相比設備的因素起更關鍵的作用。

近年來，我國企業(yè)主要采取海外并購取得知識產權，并大力引進國外成套產線技術，在CIGS電池組件制備方面取得了很大的進步。例如，凱盛科技并購德國Avancis的CIGS電池組件有效面積光電轉換效率達到了16.4%;漢能子公司Solibro點源共蒸CIGS玻璃基底電池器件實驗室效率22.9%，大面積組件效率達17.52%;神華集團合作伙伴Manz量產玻璃基底CIGS薄膜電池組件轉換效率16%;尚越光電柔性CIGS薄膜電池組件效率15.3%。目前我國在產業(yè)技術進步方面面臨如何實現引進技術的二次開發(fā)，在比較高的起點上實現CIGS產業(yè)技術的進一步提高。

2016開始神華集團、上海電氣和德國Manz三方合作共同發(fā)展我國CIGS電池組件的產業(yè)化和解決持續(xù)的技術進步，其中通過Manz可以得到其合作伙伴ZSW的技術支持。ZSW的CIGS團隊擁有先進的CIGS薄膜太陽能電池和組件制備技術，其CIGS薄膜太陽能電池轉換效率達到22.6%，組件效率大于17%，PSC/CIGS兩端疊層電池的轉換效率達到24.6%。三方合資成立重慶神華薄膜太陽能科技有限公司，建設306MWp產能的CIGS電池組件生產線，利用Manz成熟技術發(fā)展CIGS電池組件產業(yè)化;合資成立神華（北京）光伏科技研發(fā)有限公司，建設44MWp產能的CIGS薄膜太陽能電池實驗研究線，研究高效率光伏電池技術、工藝、整體解決方案;合資成立蘇州曼茲新能源裝備有限公司提供CIGS薄膜電池組件生產設備整廠解決方案。

根據CPIA的統(tǒng)計，2017年，全球銅銦鎵硒薄膜電池產量為1.10GW;2018年，銅銦鎵硒薄膜電池產量為0.87GW，出現較大幅度下滑，主要原因是：龍頭企業(yè)Solar Frontier受日本本土光伏市場的影響，銷售量和產量均出現下滑;中國薄膜制造企業(yè)在建CIGS薄膜項目大部分產能并未如期釋放。據前瞻測算，2019年，全球銅銦鎵硒薄膜電池產量小幅度回升至0.89GW。

CIGS產能未來主要在中國。CIGS薄膜電池近幾年轉換效率提升較快，國內己有漢能、中建材、國家能源集團等企業(yè)相繼投入巨資進行薄膜電池產品的研發(fā)和產業(yè)化。截至2018年底，漢能陸續(xù)交付第三方CIGS產線公開產能數據約為4.5GW。中建材凱盛光伏宣稱在安徽蚌埠、四川甘眉、河北秦皇弱、江蘇江陰各建設年產能300MW生產線，其中蚌埠300MW已建成，計劃2025年實現總產能lOGW，遠期規(guī)劃將形成全球20GW生產能力。到2019年上半年，由國家能源集團承擔的國家住建部“CIGS太陽能薄膜發(fā)電技術在光伏建筑一體化中的應用研究”課題和在北京、江蘇、廣東、海南、四川等省市落地6個實體示范項目將陸續(xù)完工。2018年5月，錦江集團設計產能lGW、總投資規(guī)模75億元的CIGS項目落戶連云港，其中一期350MW。圣暉菜在江蘇句容投資100億元，建設lGW的CIGS生產線，一期已投資10億元。中國的CIGS薄膜太陽能電池在建產能和規(guī)劃產能大幅增長。

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