薄膜太陽能的應(yīng)用與前景論文

【專家解說】：　　目前，太陽能光伏發(fā)電市場，主流發(fā)電方式多以晶體硅為基礎(chǔ)原料。2006年—2008年，全球多晶硅市場的瘋狂行情導(dǎo)致光伏發(fā)電成本大幅上漲。當(dāng)時(shí)，薄膜電池發(fā)電方式以其成本低備受青睞，許多電池生產(chǎn)商也紛紛轉(zhuǎn)投薄膜電池生產(chǎn)，薄膜電池發(fā)展將替代晶體硅發(fā)展的“替代論”充斥行業(yè)內(nèi)部。隨著多晶硅價(jià)格回歸理性，傳統(tǒng)光伏電池價(jià)格趨于穩(wěn)定。未來，多晶硅價(jià)格仍將處于下降通道，讓已引進(jìn)薄膜電池生產(chǎn)線的企業(yè)有些始料不及。隨著多晶硅價(jià)格失守，薄膜電池成本低的優(yōu)勢正在消失。據(jù)記者了解，計(jì)劃上薄膜電池的企業(yè)其薄膜擴(kuò)張計(jì)劃均處于停滯狀態(tài)，如今僅有部分企業(yè)在繼續(xù)薄膜電池的研發(fā)與生產(chǎn)。一時(shí)間，薄膜是外資設(shè)備商“陷阱”的說法在行業(yè)內(nèi)盛行。到底應(yīng)該如何看待薄膜電池發(fā)展？本報(bào)專訪多位太陽能專家分析評(píng)說薄膜電池的發(fā)展。 　　“薄膜電池是做為一種新技術(shù)引進(jìn)的” 　　——訪北京交通大學(xué)理學(xué)院太陽能研究所所長徐征教授 　　“薄膜‘替代論’是不客觀的” 　　近日，北京交通大學(xué)理學(xué)院太陽能研究所所長徐征教授接受了記者的專訪，他認(rèn)為，薄膜電池將替代晶體硅電池之說是不客觀的。他表示：“市場上認(rèn)為薄膜電池將憑借其生產(chǎn)成本低、材料易得等優(yōu)勢，替代傳統(tǒng)多晶硅、單晶硅電池這種說法是不客觀?！? 　　徐征說：“持此種觀點(diǎn)的人，大多以其材料易得性來說明薄膜電池的成本優(yōu)勢，但從整體成本考慮，僅產(chǎn)品成本低還不足以說明這個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)成本低。比如同樣做一個(gè)大型電站，除了考慮生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)，還要把更大的土地成本算進(jìn)去。目前，晶體硅電池的轉(zhuǎn)換率是薄膜電池的兩倍，建一個(gè)同規(guī)模電站的話，僅土地成本薄膜電池將是晶體硅的兩倍。一個(gè)行業(yè)的成本是多種因素構(gòu)成的，而非一、兩個(gè)技術(shù)特點(diǎn)決定。同一個(gè)電站項(xiàng)目，特別是大型電站項(xiàng)目，多晶硅、單晶硅電池的高轉(zhuǎn)換率決定了其比薄膜電池更具優(yōu)勢。” 　　薄膜電池弱光性優(yōu)勢顯現(xiàn) 　　徐征教授介紹說，目前，薄膜電池分很多種類。其中有非晶硅與微晶疊層的薄膜電池，轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到9%；砷化鎵，轉(zhuǎn)化率一般在25%左右；碲化鎘是市場比較活躍的投資項(xiàng)目，美國第一太陽能去年在世界的碲化鎘產(chǎn)量和裝機(jī)都是最高的。徐征說，不同薄膜電池各有優(yōu)勢，比如砷化鎵，其主要應(yīng)用在太空，轉(zhuǎn)換率非常高，最高可以到達(dá)35%以上，并且具有抗輻射的特性。一般來說，熱能對(duì)砷化鎵的影響不大，而晶硅電池遇極熱將大幅降低發(fā)電效率。 　　徐征教授表示，薄膜電池的弱光性特性將使其適合做幕墻工程。所謂弱光性指的是電池設(shè)備對(duì)光子的吸收。對(duì)光子的吸收越多，轉(zhuǎn)換率就越大。晶體硅轉(zhuǎn)換率高低由太陽光強(qiáng)度以及其對(duì)太陽的角度決定，換言之，陽光強(qiáng)度越強(qiáng)；角度越準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)換率越高。 　　薄膜就像其他技術(shù)一樣，也有自身的優(yōu)勢。比如其特有的弱光性就是其它電池材料不具備的。光線強(qiáng)與光線弱的時(shí)候，晶體硅轉(zhuǎn)換率差別很大。但薄膜卻在光線較暗的情況下，依然能夠產(chǎn)生電流。玻璃幕墻一般是垂直的，這樣的光照角度必然影響其對(duì)光子的吸收，從而影響晶體硅的轉(zhuǎn)換率。而薄膜的弱光性，即有光就可以發(fā)電的優(yōu)勢，確定其作為建筑幕墻的最好選擇。 　　“薄膜設(shè)備本來就是非常貴的” 　　據(jù)記者了解，以25兆瓦的非晶硅薄膜電池生產(chǎn)線為例，公開資料顯示，其價(jià)格在3億元—4億元人民幣之間，而25兆瓦晶體硅太陽能電池生產(chǎn)線的設(shè)備成本則僅有4000萬元—5000萬元。 　　目前，國內(nèi)引進(jìn)一臺(tái)薄膜電池生產(chǎn)機(jī)器花費(fèi)超過1億元。由此，國外設(shè)備投資商對(duì)中國實(shí)施的“陷阱論”成為熱議。對(duì)此，徐征所長表示：“不能這么簡單地、主觀認(rèn)為這是美國對(duì)中國太陽能企業(yè)的一個(gè)‘陷阱’?！? 　　徐征強(qiáng)調(diào)：“薄膜電池的引進(jìn)首先是一種先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)。而生產(chǎn)薄膜的設(shè)備歷來都是非常貴的，并不是單純生產(chǎn)薄膜電池生產(chǎn)設(shè)備貴。”徐征解釋，現(xiàn)在常生產(chǎn)的平板顯示就可以得以說明。目前，在平板顯示生產(chǎn)線上，平板顯示也需要用到薄膜產(chǎn)品，其薄膜設(shè)備可以達(dá)到幾十個(gè)億。 　　“生產(chǎn)一臺(tái)薄膜設(shè)備造價(jià)本身就很高。如果說用在生產(chǎn)薄膜電池非常貴是不客觀的?！毙旖淌谡f，“不是美國人賣給我們就貴，而是薄膜設(shè)備自身制造成本就比較高。 ” 　　“薄膜電池價(jià)格優(yōu)勢漸失” 　　“目前，薄膜電池成本低廉的優(yōu)勢漸失?！毙煺鞣治觯@主要緣于晶體硅原材料穩(wěn)步進(jìn)入價(jià)格下降通道，專家預(yù)測，未來多晶硅價(jià)格還將繼續(xù)下跌，薄膜成本優(yōu)勢也隨著多晶硅價(jià)格下降而減弱。這對(duì)部分薄膜電池生產(chǎn)商產(chǎn)生了極大的市場壓力，從部分薄膜生產(chǎn)商集體選擇緘默也表示其對(duì)薄膜電池發(fā)展充滿憂慮。 　　盡管薄膜電池發(fā)展受到?jīng)_擊和考驗(yàn)，但薄膜電池的確也有其發(fā)展的空間。比如薄膜電池在幕墻及屋頂項(xiàng)目應(yīng)用空間還是很大。 　　徐征說：“政府目前允許薄膜電池與晶體硅電池參與太陽能電站的招標(biāo)，也表明了政府的態(tài)度。意味著政府默認(rèn)薄膜電池與晶體硅并存發(fā)展。未來，薄膜電池仍將得到較大的發(fā)展?！? 　　尚德電力新聞負(fù)責(zé)人張建敏在接受采訪時(shí)也基本同意徐征的觀點(diǎn)?！氨∧ぁ⒕w硅各有市場。” 張建敏說，“從市場分析，薄膜電池還是有其發(fā)展空間的。一些薄膜電池公司技術(shù)數(shù)據(jù)能夠提高很快，成本優(yōu)勢尚存。從其用途上來看，薄膜更適用于玻璃幕墻的項(xiàng)目，在光伏建筑一體化項(xiàng)目上更具優(yōu)勢?！? 　　薄膜電池至少是一種新選擇 　　——訪中投顧問能源行業(yè)首席研究員姜謙 　　近幾年來，隨著各國的重視程度愈來愈高，全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可謂日新月異。但即便是這樣，太陽能光伏發(fā)電5倍于傳統(tǒng)火力發(fā)電的成本仍然讓很多企業(yè)望而生畏，這也是到目前為止，太陽能光伏發(fā)電不僅難與火力發(fā)電，甚至難與同為可再生能源的風(fēng)力發(fā)電相抗衡的主要原因。 　　以目前市場上占主流的硅基太陽能電池為例，2006年電池占太陽能光伏系統(tǒng)總成本的比例超過65%，目前也在50-60%，這也就是說電池占了整個(gè)光伏系統(tǒng)成本的一半以上。而要降低整個(gè)光伏系統(tǒng)的成本，關(guān)鍵點(diǎn)也就在核心部件光伏電池上。 　　中投顧問能源行業(yè)首席研究員姜謙在接受采訪時(shí)表示，雖然隨著全球主流廠家技術(shù)突破的進(jìn)程不斷加快，硅基太陽能電池成本下降的趨勢很明顯，但這顯然跟不上整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐。而薄膜電池這時(shí)候作為一種新的選擇出現(xiàn)，短期內(nèi)替代硅基電池的主流地位并不現(xiàn)實(shí)，但從長遠(yuǎn)來看，它對(duì)于全球光伏產(chǎn)業(yè)的巨大推動(dòng)作用卻毋庸置疑。 　　姜謙說：“成本低是薄膜電池相比于硅基電池的最大優(yōu)勢所在?！币阅壳笆袌錾献畛墒斓捻诨k(CdTe)薄膜太陽能電池為例，截至2009年，龍頭企業(yè)First Solar生產(chǎn)成本已經(jīng)從2008的93美分/瓦降至84美分/瓦，另外，該公司計(jì)劃到2014年要將成本進(jìn)一步降至0.52-0.63美元，與此同時(shí)要將轉(zhuǎn)換效率拉升至12.5%。目前在該領(lǐng)域，F(xiàn)irst Solar還處于獨(dú)家壟斷階段，隨著越來越多競爭者的加入，碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池的發(fā)展?jié)摿?huì)更加凸顯。通用電氣近期與PrimeStar太陽能公司的合作，就是致力于碲化鎘薄膜太陽能光伏產(chǎn)品的開發(fā)。 　　而除了碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池之外，近期硒化銅銦鎵電池（CIGS）也成為市場關(guān)注的焦點(diǎn)。CIGS電池具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換效率目前是各種薄膜太陽電池之首，接近于目前市場主流產(chǎn)品晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率，成本卻是其1/3。2006年、2007年全球CIGS太陽能電池組件的產(chǎn)能分別僅為17MW、60MW左右，產(chǎn)量更是微乎其微。而2008年全球CIGS電池的產(chǎn)量在40MW左右，2009年則是更進(jìn)一步，產(chǎn)能超過660MW，實(shí)際產(chǎn)量也達(dá)到180MW左右，增幅超過300%，顯示了良好的發(fā)展勢頭。 　　在政策層面，以我國為例，雖然目前國內(nèi)市場并未真正開啟，但在國家能源局主導(dǎo)的第二輪光伏并網(wǎng)電站招標(biāo)工作中，招標(biāo)方案將不再限定技術(shù)種類，薄膜電池技術(shù)也可以參與競標(biāo)，這也從一個(gè)側(cè)面反映出國家對(duì)薄膜電池的支持。 　　綜上所述，目前所存在的種種質(zhì)疑，不應(yīng)該是對(duì)薄膜發(fā)展可行性的質(zhì)疑，但發(fā)展時(shí)機(jī)、發(fā)展速度、發(fā)展方向等等應(yīng)該是整個(gè)產(chǎn)業(yè)需要謹(jǐn)慎對(duì)待的。姜謙說：“從產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)布局來看，發(fā)展薄膜技術(shù)不僅是毋庸置疑的，甚至應(yīng)該是非常緊迫的?！? 　　薄膜電池生產(chǎn)企業(yè)： 　　薄膜電池發(fā)展應(yīng)有其必要性 　　在采訪中，部分薄膜產(chǎn)品生產(chǎn)商表示，與晶體硅電池相比，薄膜電池的成本下降潛力要大得多，主要得益于薄膜太陽能電池的技術(shù)進(jìn)步日新月異。薄膜太陽能電池預(yù)計(jì)未來的產(chǎn)能可能會(huì)達(dá)到整個(gè)太陽能行業(yè)的20%，發(fā)展空間較大。薄膜太陽能電池現(xiàn)在發(fā)展面臨技術(shù)突破，有很多物理方法，比如說離子束方法沉積納米晶硅薄膜工藝。 　　從成本角度分析，未來的薄膜太陽能電池比晶體硅電池有明顯優(yōu)勢，較之火電等常規(guī)能源具有明顯的替代優(yōu)勢。某薄膜電池生產(chǎn)商表示，隨著光伏產(chǎn)業(yè)在全球能源中占比例逐步提高，薄膜太陽能電池在大型光伏電站、BIPV等應(yīng)用需求推動(dòng)下將迅猛發(fā)展。但不同的薄膜太陽能電池還有各自的缺點(diǎn)，或轉(zhuǎn)換效率偏低，或存在環(huán)境安全問題，有的存在原材料資源稀缺問題，這些問題也需要產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模后逐步解決。“有理由相信，薄膜太陽能電池即將迎來高速成長?！鄙鲜銎髽I(yè)人士解釋，以硅基薄膜太陽能電池為例，其電池技術(shù)發(fā)展成熟度高，使用疊層工藝將使轉(zhuǎn)換效率及衰減問題不再突出。其次，研發(fā)實(shí)力雄厚的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商紛紛切入硅基薄膜太陽能電池設(shè)備供應(yīng)領(lǐng)域，薄膜太陽能電池設(shè)備供應(yīng)商快速崛起，對(duì)行業(yè)迅猛發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。 　　從技術(shù)路線發(fā)展看，目前，硅基薄膜太陽能電池已經(jīng)發(fā)展到第四代——非晶硅/微晶硅雙結(jié)疊層電池。這種非晶硅與微晶硅疊層的基本結(jié)構(gòu)將成為未來硅薄膜太陽能電池的主流發(fā)展趨勢?！氨∧る姵匕l(fā)展有其必要性?！?/div>