非晶硅太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的展望

非晶硅太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的展望

1.薄膜電池的需求量預(yù)測(cè)

1.1光伏總需求增長(zhǎng)趨勢(shì)

能源和環(huán)境問(wèn)題是近十幾年來(lái)世界關(guān)注的焦點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)都將光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點(diǎn)。在各國(guó)政府的大力支持下，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，最近10年太陽(yáng)電池及組件生產(chǎn)的年平均增長(zhǎng)率達(dá)到33%，最近5年的年平均增長(zhǎng)率達(dá)到43％。

圖1. 世界太陽(yáng)電池歷年生產(chǎn)量 資料來(lái)源：2007年中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告

圖2. 世界太陽(yáng)電池歷年年增長(zhǎng)率 資料來(lái)源：2007年中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告

表1. 過(guò)去10年世界太陽(yáng)電池的年生產(chǎn)量和累計(jì)用量/GWp 資料來(lái)源：2007年中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告

2007年世界光伏市場(chǎng)安裝高達(dá)2826MW，比去年同比增長(zhǎng)62%。

2007年德國(guó)光伏市場(chǎng)已達(dá)1328MW，目前已占全球市場(chǎng)的47%。西班牙猛增480%，達(dá)640MW，與此同時(shí)，美國(guó)增長(zhǎng)57%達(dá)220MW。成為世界第四大市場(chǎng)。日本——曾經(jīng)的世界領(lǐng)頭羊，已下降23%，僅達(dá)230MW。

2007年世界太陽(yáng)電池生產(chǎn)總量為3436MW，比去年增長(zhǎng)915MW。薄膜生產(chǎn)以?xún)杀兑陨系乃俣扔?006年的181MW達(dá)到了2007年的400MW，占光伏總產(chǎn)值的12%。

圖3. 2007年世界光伏市場(chǎng)安裝量分布圖資料來(lái)源：2007世界光伏產(chǎn)業(yè)報(bào)告

1.2薄膜電池的比例將增加

目前，火力是當(dāng)今社會(huì)的主要能源。由于石油能源僅可供全球消費(fèi)三十多年，加上多晶硅原材料的依然緊缺使其價(jià)格持續(xù)上漲，因此，薄膜將成為下一種可替代能源的解決方案之一。非晶硅薄膜電池具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）．制造成本低

A.節(jié)省硅材料。

B.工藝簡(jiǎn)單。

C.能源消耗小。

D.組裝方便、易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等。

2）.能源消耗的回收期短

能源回收期對(duì)比表

1.3非晶硅薄膜電池的需求預(yù)測(cè)

從總體市場(chǎng)角度看，薄膜將會(huì)在總體太陽(yáng)能模塊市場(chǎng)中贏得更多市場(chǎng)份額。

圖4. 各類(lèi)型太陽(yáng)電池市場(chǎng)占有率預(yù)測(cè) 資料來(lái)源：Winfried Hoffmann, 19th EPVSEC(2004/06)

2.非晶硅成本和價(jià)格走勢(shì)

2.1成本降低因素

雖然薄膜電池在國(guó)際商品化光伏電池生產(chǎn)中所占的比例很小，但從成本角度出發(fā)，高效率電池最終要走薄膜技術(shù)路線(xiàn)。而在各種薄膜電池中，唯有硅薄膜電池原材料儲(chǔ)量豐富，且無(wú)毒，無(wú)污染，綠色環(huán)保，更具有持續(xù)發(fā)展的前景。對(duì)于我國(guó)硅系薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，從技術(shù)層面提高轉(zhuǎn)換效率的難度很大，何時(shí)能夠取得技術(shù)突破較難預(yù)測(cè)。相比之下，通過(guò)提高工藝水平降低成本更加可期，這也是我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)可以尋求突破的環(huán)節(jié)。所以，用科技進(jìn)步提高效率、提升工藝水平、提高成品率和產(chǎn)能是使非晶硅薄膜電池綜合成本降低的主要途徑。

2.2價(jià)格走勢(shì)預(yù)測(cè)

剔出市場(chǎng)短期因素，晶體硅原材料產(chǎn)能的提升使多晶硅電池的價(jià)格呈下降趨勢(shì)，使非晶硅太陽(yáng)能電池的價(jià)格連帶降低。然而目前，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量約占全球太陽(yáng)能電池總量的12%左右。隨著非晶硅薄膜電池全球產(chǎn)能的提高必將改變目前競(jìng)爭(zhēng)不充分的局面，其價(jià)格將呈逐步降低趨勢(shì)。

眾所周知，我國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)的現(xiàn)狀是兩頭在外，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的主要制造設(shè)備和原材料生產(chǎn)廠(chǎng)家以及消費(fèi)市場(chǎng)都在國(guó)外。產(chǎn)能的擴(kuò)大必然帶來(lái)制造設(shè)備和原材料的供應(yīng)緊張，進(jìn)而造成生產(chǎn)成本上升，抵消一部分價(jià)格降低。

綜上所述，預(yù)計(jì)非晶硅太陽(yáng)能電池的成本和價(jià)格降低是緩慢的。

2.3替代常規(guī)能源趨勢(shì)，加速價(jià)格降低與常規(guī)能源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)

太陽(yáng)能是人類(lèi)必然的能源選擇，判斷的依據(jù)如下：

1.傳統(tǒng)能源總有耗盡的一天，大部分化石能源探明儲(chǔ)量不足人類(lèi)百年所需；

2.人類(lèi)的能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，消耗能源的速度加快，能源價(jià)格長(zhǎng)期趨勢(shì)向上。

圖5. 傳統(tǒng)能源耗盡年份

圖6. 2004年歐盟聯(lián)合研究中心預(yù)測(cè) 資料來(lái)源：歐盟聯(lián)合研究中心

由于地理位置不同，光伏發(fā)電成本會(huì)有較大區(qū)別。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，光伏發(fā)電成本在達(dá)到能和高峰電價(jià)相比的時(shí)間窗口是2010-2020年，能和平均電價(jià)相比的時(shí)間窗口是2020-2050年。綜合考慮，預(yù)計(jì)光伏發(fā)電開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入人類(lèi)主流能源時(shí)常的時(shí)間窗口是2020-2030年。根據(jù)圖5-圖6顯示，隨著化石能源的逐步耗盡，可再生能源的發(fā)展必須加快步伐。盡快降低光伏發(fā)電的成本，取代常規(guī)能源，使人類(lèi)擺脫對(duì)常規(guī)能源的依賴(lài)。

3.非晶硅產(chǎn)品的延伸

BIPV，這是光電建筑一體化的更高級(jí)應(yīng)用，即是將光伏器件與建筑材料集成化。將建筑物的外墻、玻璃幕墻、窗戶(hù)甚至屋頂本身在合適的朝陽(yáng)方向上采用光伏組件來(lái)代替建筑材料，既作為建材又能夠發(fā)電，一舉兩得。光伏與建筑的結(jié)合有兩種技術(shù)：一種是建筑與光伏系統(tǒng)結(jié)合；另一種是建筑與光伏器件結(jié)合。目前我國(guó)致力于建筑與光伏器件相結(jié)合的技術(shù)。

非晶硅電池在建筑物上運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

（1）材料和制造工藝成本低。這是因?yàn)樯a(chǎn)工藝更簡(jiǎn)化，能耗更低，硅薄膜僅有數(shù)千埃厚度，昂貴的純硅材料用量很少。同時(shí)襯底材料，如玻璃、不銹鋼、塑料等，價(jià)格相對(duì)低廉。

圖7. 非晶硅與晶體硅在材料和制作工藝成本的對(duì)比。

　?。?font color=#333333>2）易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，生產(chǎn)可全流程自動(dòng)化。
　?。?font color=#333333>3）品種多，用途廣。靈活多樣的制造方法，可以制造建筑集成的電池，適合用于建筑物的安裝。
　?。?font color=#333333>4）具備弱光發(fā)電的性能。
　?。?font color=#333333>5）非晶硅薄膜電池可以造成透光電池，透光率可從5%到75%，當(dāng)然，隨著透光率的增加，光電池的轉(zhuǎn)化效率會(huì)隨著下降，運(yùn)用到建筑上的最理想的透光率為25%。

圖8：非晶硅電池自然采光室內(nèi)效果，光線(xiàn)柔和舒適，生態(tài)的辦公環(huán)境。

　?。?font color=#333333>6）由于a-Si材料的光帶隙比單晶硅和多晶硅寬，因此a-Si太陽(yáng)電池的功率輸出受環(huán)境溫度影響相對(duì)小。

圖9. 晶體硅電池與非晶硅電池受溫度的影響功率下降的分布示意圖。

上圖為晶體硅電池與非晶體硅電池受溫度的影響功率下降的分布示意圖。取在標(biāo)注條件檢測(cè)均為100W的電池，a-Si（amorphous Silicon）非晶硅電池使用溫度上升到70℃[時(shí)，功率下降僅為10W左右，而晶體硅電池則在相同狀況下的功率下降接近30W。

（7）非晶硅電池工作中受環(huán)境影響較小，而晶體硅電池如果其中一小部分被遮擋，會(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)，這將極大的降低整個(gè)組件的功率輸出。

（8）非晶硅電池的板塊能更好的配合建筑分格。

下圖為非晶硅薄膜電池與其它電池在建筑外立面的建筑效果（右側(cè)為非晶硅薄膜電池，左側(cè)為晶體硅電池）的比較。晶體硅外觀效果零碎，雜亂。非晶硅和建筑物能很好和建筑物融為一體，不影響建筑的宏觀效果。

圖10. 非晶硅薄膜電池與其他電池在建筑外立面的建筑效果的比較。

隨著常規(guī)能源的日益短缺，對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用的步伐就不會(huì)停止。BIPV是廣泛使用的發(fā)展方向；隨著科技的不斷進(jìn)步和新的材料開(kāi)發(fā)使用，將為光電一體化提供更多的發(fā)展空間。

4.薄膜同類(lèi)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)分析

4.1 CdTe、CIGS

CdTe薄膜太陽(yáng)電池屬于化合物半導(dǎo)體，材料使用量少，光電轉(zhuǎn)換效率較高，生產(chǎn)容易，因此近年商業(yè)化的動(dòng)作相當(dāng)積極，而且，CdTe已應(yīng)用于大面積屋頂建材。但是，由于碲天然藏量有限，恐怕無(wú)法應(yīng)付未來(lái)大量需求。而且，金屬鎘有劇毒，在生產(chǎn)過(guò)程中存在對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，目前鎘系太陽(yáng)能電池是否適, 合大規(guī)模生產(chǎn)值得商榷。

CIGS吸光范圍很廣，其穩(wěn)定性, 及光電轉(zhuǎn)換效率為各類(lèi)型薄膜太陽(yáng)電池中較高者，因此商業(yè)化程度較快。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，CIGS太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)19.5%。但由于制成技術(shù)復(fù)雜并且工藝可控性有待提高，阻礙了規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展進(jìn)程，未能與結(jié)晶硅型太陽(yáng)電池形成有效競(jìng)爭(zhēng)。目前，CIGS電池市場(chǎng)占有率仍低。

圖11. 各種薄膜技術(shù)的比較 資料來(lái)源：IEA; JPMorgan

4.2 有機(jī)材料的發(fā)展

聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本低等，但是，其使用壽命和電池效率目前都不能和無(wú)機(jī)材料特別是硅電池相比。因此，聚合物太陽(yáng)能電池能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待研究。納米TiO2晶體化學(xué)能太陽(yáng)能電池是目前學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)方向之一。納米晶TiO2太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)是成本低(制作成本為硅太陽(yáng)電池的1/5-1/10)、工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定好。但是，其光電效率在10%左右，低于非晶硅電池，而且此類(lèi)電池的研究和開(kāi)發(fā)剛剛起步，能否產(chǎn)業(yè)化尚待觀察。

4.3 值得注意的問(wèn)題

CdTe薄膜太陽(yáng)電池主要原材料是鎘有色重金屬的化合物，金屬鎘及其離子具有強(qiáng)烈的毒性和毒害作用，通過(guò)各種污染途徑被人體攝入后會(huì)不斷沉積、發(fā)生作用，最終導(dǎo)致中毒者的骨骼疏松、造血功能和腎臟受損。在為環(huán)境污染付出沉重代價(jià)的今天，在人們的環(huán)保意識(shí)日漸蘇醒和環(huán)保呼聲日益高漲的時(shí)候，毒害影響被廣泛而深入的關(guān)注。

2007年6月11日，中國(guó)商務(wù)部、海關(guān)總署聯(lián)合發(fā)布公告稱(chēng)，自2007年6月18日起對(duì)銦、鉬實(shí)行出口配額許可證管理。銦、鉬等稀有金屬是不可再生的重要戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)、航空航天、信息產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)等。

4.4 非晶硅的優(yōu)勢(shì)

雖然薄膜電池在國(guó)際商品化光伏電池生產(chǎn)中所占的比例很小，但高效率電池可能最終要走薄膜化的技術(shù)路線(xiàn)。采用多薄層、多p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)形式的薄膜電池，可實(shí)現(xiàn)40%-50%以上的光電轉(zhuǎn)換效率。FhG-ISE的理論計(jì)算，具有5個(gè)p-n結(jié)的薄膜電池的理論效率可到57%以上。而在各種薄膜電池中，唯有硅薄膜電池原材料儲(chǔ)量豐富，且無(wú)毒、無(wú)污染，更具可恥許發(fā)展的前景。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)一些課題組開(kāi)始研究非晶硅薄膜材料和光伏電池以來(lái)，薄膜光伏電池的研究一直受到高度重視。

5.政策環(huán)境

5.1 光伏發(fā)展現(xiàn)狀和研發(fā)支持計(jì)劃

目前中國(guó)支持光伏發(fā)展的主要政策框架體現(xiàn)在兩方面，一方面是國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃，包括“十一五”規(guī)劃及可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃；另一方面是從2006年開(kāi)始實(shí)施的《可再生能源法》。此外，光伏在扶貧及實(shí)現(xiàn)能源普遍服務(wù)等方面也有著巨大的貢獻(xiàn)。中國(guó)政府還對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展給予了大量的支持。

可再生能源發(fā)電是可再生能源發(fā)展的重要組成部分，國(guó)家第一次在《“十一五”國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃（2006－2010）》中和中長(zhǎng)期能源發(fā)展規(guī)劃中包含了可再生能源發(fā)電的規(guī)劃目標(biāo)，國(guó)務(wù)院原則上通過(guò)了《國(guó)家可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，其中可再生能源發(fā)電也占有重要的地位。這些規(guī)劃和目標(biāo)要求都對(duì)我國(guó)可再生能源發(fā)電的發(fā)展起到了指導(dǎo)和推動(dòng)作用。有機(jī)構(gòu)依據(jù)規(guī)劃和國(guó)家的發(fā)展目標(biāo)對(duì)中國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)及發(fā)電量作了預(yù)測(cè) ，見(jiàn)表23。

從表23中看出，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在中國(guó)未來(lái)的能源供應(yīng)中將占有一席之地，按照國(guó)家目前規(guī)劃，到2010年中國(guó)光伏發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到300 MWp，到2020年將達(dá)到1.8 GWp，到2050年將達(dá)到100 GWp。按照中國(guó)電力科學(xué)院的預(yù)測(cè)，到2050年，中國(guó)可再生能源的電力裝機(jī)將占全國(guó)電力裝將占全國(guó)電力裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到5%。

表2. 中國(guó)可再生能源發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃和預(yù)測(cè) 資料來(lái)源：2007年中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告

5.2 中國(guó)光伏發(fā)電政策建議

政府制定合適的發(fā)展目標(biāo)和適當(dāng)?shù)膬r(jià)格補(bǔ)貼，對(duì)于鼓勵(lì)制造商投資與降低成本都很重要。

在中國(guó)光伏制造產(chǎn)業(yè)已有相當(dāng)發(fā)展的情況下，目前政府設(shè)定的光伏發(fā)展目標(biāo)明顯偏低、鼓勵(lì)政策不到位，不僅影響光伏市場(chǎng)的發(fā)展，而且也影響光伏制造業(yè)。

根據(jù)現(xiàn)階段的歷史條件和技術(shù)發(fā)展水平，中國(guó)政府明確指出，以新能源替代傳統(tǒng)能源、以?xún)?yōu)勢(shì)資源替代稀缺資源、以可再生能源替代化石能源。如果這些政策落到實(shí)處，包括光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源技術(shù)的發(fā)展前景會(huì)十分樂(lè)觀。

6.結(jié)論

光伏市場(chǎng)總體需求保持上升形勢(shì)，非晶硅薄膜電池已成為光伏產(chǎn)業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展方向。預(yù)計(jì)：非晶硅薄膜電池至2010年發(fā)展速度最快，利潤(rùn)水平較高。2010年以后與晶體硅進(jìn)行整體競(jìng)爭(zhēng)，利潤(rùn)逐步降低。預(yù)計(jì)2020年以后，薄膜市場(chǎng)占有率將達(dá)到30%以上。