【正文】 在都主導(dǎo)著光伏市場(chǎng)。而薄膜電池在原有轉(zhuǎn)化效率上突破性的進(jìn)展以及相對(duì)低廉的成本在近兩年吸引了投資者更多的關(guān)注，處于急速發(fā)展期。晶體硅電池的制造成本主要取決于硅片生產(chǎn)能耗與高純度硅料價(jià)格，由于能源價(jià)格居高不下，高純度硅料的生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)供應(yīng)又被幾家主要廠商壟斷，造成晶體硅電池成本高起，且未來下降空間狹窄，限制了其技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已是世界上最大的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)，已有12 家企業(yè)海外上市，但主要集中于多晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈中下游，且90%以上的產(chǎn)品銷往國(guó)外，受市場(chǎng)需求和匯率影響很大，抗風(fēng)險(xiǎn)能力差。相反，薄膜電池中雖然光電轉(zhuǎn)化效率較低、壽命較短，但低溫工藝技術(shù)降低了生產(chǎn)能耗，而且便于采用玻璃、不銹鋼等廉價(jià)襯底，相關(guān)的電子氣體及玻璃行業(yè)也已發(fā)展成熟，供應(yīng)及價(jià)格較穩(wěn)定。這使其受上游高純度硅料生產(chǎn)廠商制約較少，成本可得到較好控制。從市場(chǎng)前景來看，薄膜電池在光伏建筑一體化、大規(guī)模低成本發(fā)電站建設(shè)等方面的應(yīng)用，將比傳統(tǒng)的晶體硅電池更為廣闊。 更具優(yōu)勢(shì)的薄膜太陽(yáng)能光伏電池目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的太陽(yáng)能電池技術(shù)有晶體硅電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池，聚光太陽(yáng)能電池。CIGS 薄膜太陽(yáng)能電池也有可能在將來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其中，晶體硅太陽(yáng)能電池占整個(gè)光伏市場(chǎng)85%以上的份額。%，%%之間。而在未來太陽(yáng)能電池的發(fā)展藍(lán)圖中，薄膜電池則以低成本成為新的亮點(diǎn)，并試圖通過改善工藝提高其轉(zhuǎn)換效率將極大的扭轉(zhuǎn)光伏市場(chǎng)的格局。原材料在太陽(yáng)能電池的成本結(jié)構(gòu)中占了重要的比例，薄膜電池能在當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路中崛地而起，成本因素起到了關(guān)鍵的作用。不論是晶體硅還是薄膜太陽(yáng)能電池，原材料約占總光伏電池總成本的60%～70%，薄膜太陽(yáng)能電池的成本無論在過去還是將來都大大低于晶體硅太陽(yáng)能電池的成本。目前在工業(yè)上，硅的成本大約占硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本的一半。為減少硅的消耗量，光伏(PV)產(chǎn)業(yè)正期待著一些處于研究開發(fā)中的選擇方案。其中最為看好的一種就是轉(zhuǎn)向更薄的硅襯底。現(xiàn)在，用于太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的硅襯底厚度略大于200 μm，而襯底厚度略小于100 μm 的技術(shù)正在開發(fā)中。為使硅有源層薄至5～20 μm，可以在成本較低的硅襯底上淀積硅有源層，這樣制得的電池被稱為薄膜晶體硅太陽(yáng)能電池。盡管太陽(yáng)能發(fā)電成本在過去25 年里已下降了10 倍，但目前成本仍是入網(wǎng)電價(jià)的3～5 倍，業(yè)界認(rèn)為接近電網(wǎng)等價(jià)點(diǎn)(Grid Parity)才是光伏產(chǎn)業(yè)真正爆發(fā)性增長(zhǎng)的開始光電轉(zhuǎn)換率是太陽(yáng)能電池一個(gè)重要考核指標(biāo)。目前薄膜電池的穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率約為5%～8%，且存有光致衰減弱點(diǎn)，而晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率則在15%左右，高者已達(dá)25%。但晶硅的價(jià)格已從2005 年的80 美元/kg 上漲到2008 年第一季度的高點(diǎn)470 美元/kg，致使硅片的成本已經(jīng)占到晶硅電池生產(chǎn)總成本的近90%，直接導(dǎo)致晶硅電池的利潤(rùn)空間由原先的16%以上被壓制到目前的5%以下。晶硅電池被材料所困，薄膜電池似乎給太陽(yáng)能電池帶來了應(yīng)用普及的希望。不過，由于提升薄膜光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率非一日之功，考慮到工藝、材料進(jìn)步速度及常規(guī)電價(jià)漲價(jià)等因素，業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為薄膜光電轉(zhuǎn)換率2010 年會(huì)達(dá)到10%左右，而基于CdTe 薄膜電池會(huì)在2015 年最有可能率先達(dá)到電網(wǎng)等價(jià)點(diǎn)。作為薄膜電池的主要原料之一—玻璃，約占原材料成本的40%。非晶微晶工藝的薄膜電池需要超白玻璃，因?yàn)槌撞ＡЬ哂懈咄腹饴剩瑢?duì)太陽(yáng)光具有很好的吸收作用。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些光伏玻璃生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到了一定的規(guī)模，例如山東金晶、南玻以及耀玻等。這為薄膜電池的規(guī)?；a(chǎn)提供了豐富的原材料供應(yīng)。同時(shí)，薄膜的轉(zhuǎn)化效率也在過去的幾年中得到很大程度的提升，采用非晶雙結(jié)技術(shù)的薄膜太陽(yáng)能電池穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率理論上限為15%，在有報(bào)道的量產(chǎn)中最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了11%左右。晶體硅電池的發(fā)展也推動(dòng)了薄膜太陽(yáng)能電池的快速發(fā)展，薄膜太陽(yáng)能電池在技術(shù)上目前已經(jīng)具備了規(guī)?；a(chǎn)的基本條件。薄膜電池的最大優(yōu)勢(shì)就是材料成本低廉。依據(jù)涂層材料的不同，薄膜電池又可分為非晶硅(aSi，硅基薄膜電池)、銅銦硒(CIS、CIGS)和碲化鎘(CdTe)三種類形。不過，雖然在用料上薄膜電池要遠(yuǎn)比晶硅來的低廉，生產(chǎn)流程也要簡(jiǎn)單，但薄膜電池的設(shè)備投資幾乎是晶硅電池設(shè)備投資額的10 倍，且生產(chǎn)工藝相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)人才、技術(shù)的要求門檻也比晶硅電池制造高出許多。 薄膜PV 基礎(chǔ)第一種薄膜PV 的基礎(chǔ)技術(shù)是制作外延(epitaxial)薄膜太陽(yáng)能電池(圖3)，從高摻雜的晶體硅片(例如優(yōu)級(jí)冶金硅或廢料)開始，然后利用化學(xué)氣相淀積(CVD)方法來淀積外延層。除成本和可用性等優(yōu)勢(shì)以外，這種方法還可以使硅太陽(yáng)能電池從基于硅片的技術(shù)逐漸過渡到薄膜技術(shù)。由于具有與傳統(tǒng)體硅工藝類似的工藝過程，與其它的薄膜技術(shù)相比，這種技術(shù)更容易在現(xiàn)有工藝線上實(shí)現(xiàn)。 圖52 外延薄膜太陽(yáng)能電池第二種是基于層轉(zhuǎn)移(layer transfer)的薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，它在多孔硅薄膜上外延淀積單晶硅層，從而可以在工藝中的某一點(diǎn)將單晶硅層從襯底上分離下來。這種技術(shù)的思路是多次重復(fù)利用母襯底，從而使每個(gè)太陽(yáng)能電池的最終硅片成本很低。正在研究中的一種有趣的選擇方案是在外延之前就分離出多孔硅薄膜，并嘗試無支撐薄膜工藝的可能性。最后一種是薄膜多晶硅太陽(yáng)能電池，即將一層厚度只有幾微米的晶體硅淀積在便宜的異質(zhì)襯底上，比如陶瓷或高溫玻璃等。晶粒尺寸在1～100 μm 之間的多晶硅薄膜是一種很好的選擇。我們已經(jīng)證實(shí)，利用非晶硅的鋁誘導(dǎo)晶化可以獲得高質(zhì)量的多晶硅太陽(yáng)能電池。這種工藝可以獲得平均晶粒尺寸約為5 μm 的多晶硅層。接著利用生長(zhǎng)速率超過1 μm/min 的高溫CVD 技術(shù)，將種子層外延生長(zhǎng)成幾微米厚的吸收層，襯底為陶瓷氧化鋁或玻璃陶瓷。選擇熱CVD 是因?yàn)樗纳L(zhǎng)速率高，而且可以獲得高質(zhì)量的晶體。然而這樣的選擇卻限定了只能使用陶瓷等耐熱襯底材料。這項(xiàng)技術(shù)還不像其它薄膜技術(shù)那樣成熟，但已經(jīng)表現(xiàn)出使成本降低的巨大潛力。 薄膜光伏技術(shù)商業(yè)化的關(guān)鍵問題對(duì)于CIGS 薄膜光伏技術(shù)而言，在開發(fā)低成本高可靠性產(chǎn)品時(shí)，下面6 類問題是至關(guān)重要的：(1) 用于生長(zhǎng)CIGS 吸收膜設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化；(2) 更高的模塊效率；(3) 防止水氣進(jìn)入柔性CIGS 模塊中；(4) 用替換工藝沉積柱狀的CIGS 結(jié)構(gòu)，用于高效單元及模塊；(5) 更薄的吸收層(≤1 μm)；(6) 大面積CIGS 吸收膜的化學(xué)成分控制及均一性。而對(duì)于CdTe 薄膜技術(shù)，包括以下五項(xiàng)關(guān)鍵問題：(1) 用于沉積吸收層設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化；(2) 更高的模塊效率；(3) 背面接觸的可靠性；(4) 降低吸收層厚度(≤1 μm)。(5) 大面積內(nèi)均一性的控制。 應(yīng)用及產(chǎn)能隨著薄膜光伏技術(shù)的成熟，新安裝的太陽(yáng)能電池陣列在規(guī)模上將越來越大。First Solar 公司與德國(guó)的Juwi Solar 公司共同在德國(guó)薩克森州安裝了一個(gè)40 MW CdTe 薄膜太陽(yáng)能電池場(chǎng)。到目前為止，已安裝了6 MW 的太陽(yáng)能電池場(chǎng)。當(dāng)完工時(shí)，這將成為世界上最大的太陽(yáng)能電池場(chǎng)之一。 億歐元。因此， 馬克/W，也是世界上最低的光伏系統(tǒng)安裝價(jià)格。預(yù)計(jì)到2010 年，薄膜光伏技術(shù)的全球總產(chǎn)能將超過3 700 MW。預(yù)計(jì)美國(guó)將會(huì)達(dá)到1 127 MW，日本1 312 MW，歐洲793 MW，亞洲472 MW?；诜蔷Ч?aSi:H)和微晶硅(μcSi:H)的薄膜太陽(yáng)能電池模塊日漸成為低成本、大尺度光伏(PV)應(yīng)用的最佳選擇。這類模塊的吉瓦級(jí)產(chǎn)品需要大面積的均勻吸收層，同時(shí)也需要很高的吸收層的沉積速度。應(yīng)用材料的SunFab m2 的太陽(yáng)能模塊，這比傳統(tǒng)的薄膜模塊大4 倍。該工藝線可以制造單結(jié)(SJ)和串接結(jié)(TJ)太陽(yáng)能模塊。 () 襯底的AKT PECVD平臺(tái)上成功地開發(fā)出太陽(yáng)能PECVD 工藝。 m2 的襯底上得到器件性能和均勻性都非常好的SJ 和TJ 太陽(yáng)能電池。SJ 電池的IV 參數(shù)均勻性好于3%，串接結(jié)電池的IV 參數(shù)均勻性好于5%。應(yīng)用材料已經(jīng)成功開發(fā)出高沉積速率的工藝，用來在大面積襯底上制造高效薄膜硅基太陽(yáng)能電池模塊。在低成本、商用的浮法TCO 玻璃襯值)177。%(穩(wěn)定值)，aSi:H /μcSi:H 177。%(初始值)177。%(穩(wěn)定值)。用于SJ 和TJ 電池中吸收層沉積的PECVD m m 的襯底上也展示出非常好的均勻性(電池IV 特征曲線波動(dòng)小于5%)。制得到aSi:H SJ 模塊和aSi:H/μcSi:H TJ %%的穩(wěn)定效率。DEK 太陽(yáng)能最新推出的PV1200 光伏金屬鍍膜平臺(tái)（圖53）不僅用于全球滿足硅片要求，且滿足薄膜基板的商業(yè)要求。使用其在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的公認(rèn)經(jīng)驗(yàn)，得可正通過一系列成本和生產(chǎn)力優(yōu)勢(shì)推動(dòng)薄膜光伏電池的生產(chǎn)適用于大規(guī)模市場(chǎng)。使用薄膜技術(shù)生產(chǎn)的新型太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)，帶給太陽(yáng)能制造商較日益昂貴硅片更具成本優(yōu)勢(shì)的眾多益處。例如，薄膜技術(shù)使太陽(yáng)能電池可建于柔性基板上，提供內(nèi)嵌太陽(yáng)能進(jìn)行多種商業(yè)應(yīng)用的很多新機(jī)會(huì)。緊密合作與具有影響力的生產(chǎn)廠商，得可公司已開發(fā)薄膜基板的一系列金屬鍍膜方案。工藝包括用于金屬鍍膜的鍍銀環(huán)氧化合物的精密涂敷，和其他活性和連線層的應(yīng)用，使用類似于那些已在大尺寸硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中獲得認(rèn)可的印刷技術(shù)。圖53 DEK 公司最先進(jìn)的PV1200 金屬鍍膜線 該機(jī)可提供每小時(shí)1 200 個(gè)電池產(chǎn)量、六西格瑪工藝水平、 μm 精度和先進(jìn)的處理能力。PV1200 太陽(yáng)能金屬鍍膜生產(chǎn)線是得可公司利用40 年開發(fā)批量印刷設(shè)備產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，適用于先進(jìn)的10 000 級(jí)無塵室制造環(huán)境的金屬鍍膜制造工藝。根據(jù)德國(guó)研究機(jī)構(gòu)Photon Consulting 的資料顯示，到2012 億W 增加到37 億W(圖54 所示)。這足以將未來幾年的需求翻番，并在未來的許多年里保持強(qiáng)勁的兩位數(shù)字的增長(zhǎng)。圖54 全球太陽(yáng)能裝機(jī)容量根據(jù)Greentech 和Prometheus 研究所的最新報(bào)告，到2008 年，全球薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量將會(huì)增長(zhǎng)8 倍，而非晶硅太陽(yáng)能電池是薄膜太陽(yáng)能電池的主流。根據(jù)該報(bào)告， 薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量在2008，2009，2010 年這3 年間將每年翻番，到2012年產(chǎn)能將達(dá)到4 180 MW。在未來5 年中，薄膜太陽(yáng)能電池將對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要影響”，報(bào)告作者如是說到：“這將會(huì)引發(fā)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)更加劇烈的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和資本市場(chǎng)對(duì)該產(chǎn)業(yè)的評(píng)估和適應(yīng)，并影響太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的整體格局”。到2008 年7 月止，至少有近143 家公司進(jìn)入薄膜太陽(yáng)能市場(chǎng)，其中近40 家公司于2007 年進(jìn)入，2008 年初進(jìn)入的有23家。未進(jìn)入薄膜太陽(yáng)能市場(chǎng)的公司以及新的公司將繼續(xù)打破薄膜太陽(yáng)能市場(chǎng)的公司數(shù)大多數(shù)公司都集中在非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池業(yè)，這是因?yàn)榉蔷Ч璞∧ぬ?yáng)能電池業(yè)進(jìn)入障礙最小，大多數(shù)公司可以通過如Applied Materials 和Oerlikon公司作為“交鑰匙”直接購(gòu)買生產(chǎn)設(shè)備。大約有53%的薄膜太陽(yáng)能電池公司使用非晶硅薄膜技術(shù)，預(yù)計(jì)到2010 年，非晶硅薄膜將占薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量的一半，其產(chǎn)量在未來薄膜太陽(yáng)能電池中更將使占據(jù)主要份額。同時(shí)，碲化鎘(CdTe)薄膜電池，作為2007 年產(chǎn)量最大的太陽(yáng)能電池，在被非晶硅薄膜取代其地位之前，在2008 年繼續(xù)保持其地位。目前業(yè)界排名第一的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商First Solar 就是采用該技術(shù)。雖然first solar 還將繼續(xù)保持其在太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的重要位置，碲化鎘將最終變成非主流的特殊太陽(yáng)能電池技術(shù)由少數(shù)公司采用。據(jù)估計(jì)，first solar 將在2010 年繼續(xù)保持最大的太陽(yáng)能電池廠商，屆時(shí)其產(chǎn)能可達(dá)1 000 MW。預(yù)計(jì)，夏普將緊隨其后，擁有非晶硅產(chǎn)能約416 MW，United Solar 254 MW 非晶硅薄膜，Nanosolar 249MW CIGS，Miasol233。178 MW，CIGS。估計(jì)2008 年144 家薄膜廠商中只有8 家擁有超過25 MW 的薄膜產(chǎn)能，2010 年這個(gè)數(shù)字將達(dá)到30 家。六、 總結(jié)和展望αSi 與CdTe 薄膜光伏技術(shù)正在快速進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。多家CIGS 薄膜公司也將功率模塊推進(jìn)市場(chǎng)。在美國(guó)，2006 年薄膜太陽(yáng)能的市場(chǎng)分額約為44%，2007 年超過Si 基太陽(yáng)能市場(chǎng)的銷量。若這些薄膜光伏公司計(jì)劃進(jìn)入市場(chǎng)，則幾項(xiàng)關(guān)鍵的研究開發(fā)及技術(shù)問題有待解決。根據(jù)薄膜光伏的全球產(chǎn)能規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2010 年將超過3 700 MW，而FirstSolar 公司全球目標(biāo)是2009 年達(dá)到450 MW，夏普公司在2010 年達(dá)到1 000 MW。因擴(kuò)大規(guī)模而降低成本的產(chǎn)能會(huì)大幅度降低薄膜光伏產(chǎn)品的制造價(jià)格，并有可能在不遠(yuǎn)的將來使太陽(yáng)能電力價(jià)格與電網(wǎng)相比更有優(yōu)勢(shì)。從市場(chǎng)前景來看，薄膜太陽(yáng)能電池在光伏建筑一體化、大規(guī)模低成本發(fā)電站建設(shè)等方面將比傳統(tǒng)的晶體硅太陽(yáng)能電池具有更加廣闊的應(yīng)用前景。薄膜太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)單的制造工序以及能耗少的生產(chǎn)流程克服了光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低以及壽命較短所帶來的成本挑戰(zhàn)?！　∮捎诓捎脙r(jià)格相對(duì)便宜的玻璃、不銹鋼等作為襯底，加之相關(guān)的電子半導(dǎo)體及玻璃行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成熟，這使得薄膜太陽(yáng)能電池受上游原材料制約較少，使其可以非常好地控制成本和價(jià)格?！　膽?yīng)用環(huán)境看，薄膜太陽(yáng)能電池弱光性好的特點(diǎn)使其能在廣泛的環(huán)境下發(fā)電，因其適用各種強(qiáng)度的陽(yáng)光，其性能受天氣的影響較小，另外，由于它可承受較高的溫度，其發(fā)電功率不容易受溫度影響。因此，薄膜太陽(yáng)能電池的應(yīng)用將十分廣泛。另外，由于薄膜太陽(yáng)能電池具有便攜、耐用、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、遠(yuǎn)程監(jiān)控/通訊、軍事、野外/室內(nèi)供電等領(lǐng)域；也由于使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，薄膜太陽(yáng)能電池將廣泛用于手表、計(jì)算器、窗簾甚至服裝上。值得一提的是，清潔太陽(yáng)能的廣泛應(yīng)用將同時(shí)帶來下一代儲(chǔ)能電池在千瓦級(jí)小單元儲(chǔ)能以及太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電中儲(chǔ)能調(diào)頻的應(yīng)用并獲得廣闊發(fā)展。薄膜硅太陽(yáng)能電池經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。對(duì)于光伏產(chǎn)品來說，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本仍然是薄膜硅電池研究的主要方向，在未來的幾年里，隨著一些新技術(shù)逐步成熟，薄膜硅電池將會(huì)有更大的突破。參考文獻(xiàn)[1]席珍強(qiáng)，陳君，[J].新能源，2000,22(12):100102.[2][J].應(yīng)用光學(xué)，2001,22(3):3440.[3]莊大明，[J].真空，2004，41(2)：17.[4]孫強(qiáng)，許軍，[J].人工晶體學(xué)報(bào)，2005,34(5):911914.[5][M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.[6][D]. 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