非晶硅太陽能電池市場的展望

非晶硅太陽能電池市場的展望

1.薄膜電池的需求量預測

1.1光伏總需求增長趨勢

能源和環境問題是近十幾年來世界關注的焦點，為了實現能源和環境的可持續發展，世界各國都將光伏發電作為發展的重點。在各國政府的大力支持下，光伏產業發展迅速，最近10年太陽電池及組件生產的年平均增長率達到33%，最近5年的年平均增長率達到43％。

圖1. 世界太陽電池歷年生產量 資料來源：2007年中國光伏發展報告

圖2. 世界太陽電池歷年年增長率 資料來源：2007年中國光伏發展報告

表1. 過去10年世界太陽電池的年生產量和累計用量/GWp 資料來源：2007年中國光伏發展報告

2007年世界光伏市場安裝高達2826MW，比去年同比增長62%。

2007年德國光伏市場已達1328MW，目前已占全球市場的47%。西班牙猛增480%，達640MW，與此同時，美國增長57%達220MW。成為世界第四大市場。日本——曾經的世界領頭羊，已下降23%，僅達230MW。

2007年世界太陽電池生產總量為3436MW，比去年增長915MW。薄膜生產以兩倍以上的速度由2006年的181MW達到了2007年的400MW，占光伏總產值的12%。

圖3. 2007年世界光伏市場安裝量分布圖資料來源：2007世界光伏產業報告

1.2薄膜電池的比例將增加

目前，火力是當今社會的主要能源。由于石油能源僅可供全球消費三十多年，加上多晶硅原材料的依然緊缺使其價格持續上漲，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勢：

1）．制造成本低

A.節省硅材料。

B.工藝簡單。

C.能源消耗小。

D.組裝方便、易于實現大規模生產等。

2）.能源消耗的回收期短

能源回收期對比表

1.3非晶硅薄膜電池的需求預測

從總體市場角度看，薄膜將會在總體太陽能模塊市場中贏得更多市場份額。

圖4. 各類型太陽電池市場占有率預測 資料來源：Winfried Hoffmann, 19th EPVSEC(2004/06)

2.非晶硅成本和價格走勢

2.1成本降低因素

雖然薄膜電池在國際商品化光伏電池生產中所占的比例很小，但從成本角度出發，高效率電池最終要走薄膜技術路線。而在各種薄膜電池中，唯有硅薄膜電池原材料儲量豐富，且無毒，無污染，綠色環保，更具有持續發展的前景。對于我國硅系薄膜太陽能電池產業來說，從技術層面提高轉換效率的難度很大，何時能夠取得技術突破較難預測。相比之下，通過提高工藝水平降低成本更加可期，這也是我國太陽能電池產業可以尋求突破的環節。所以，用科技進步提高效率、提升工藝水平、提高成品率和產能是使非晶硅薄膜電池綜合成本降低的主要途徑。

2.2價格走勢預測

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

眾所周知，我國太陽能市場的現狀是兩頭在外，非晶硅薄膜太陽能電池的主要制造設備和原材料生產廠家以及消費市場都在國外。產能的擴大必然帶來制造設備和原材料的供應緊張，進而造成生產成本上升，抵消一部分價格降低。

綜上所述，預計非晶硅太陽能電池的成本和價格降低是緩慢的。

2.3替代常規能源趨勢，加速價格降低與常規能源進行競爭

太陽能是人類必然的能源選擇，判斷的依據如下：

1.傳統能源總有耗盡的一天，大部分化石能源探明儲量不足人類百年所需；

2.人類的能源需求持續增長，消耗能源的速度加快，能源價格長期趨勢向上。

圖5. 傳統能源耗盡年份

圖6. 2004年歐盟聯合研究中心預測 資料來源：歐盟聯合研究中心

由于地理位置不同，光伏發電成本會有較大區別。在發達國家中，光伏發電成本在達到能和高峰電價相比的時間窗口是2010-2020年，能和平均電價相比的時間窗口是2020-2050年。綜合考慮，預計光伏發電開始大規模進入人類主流能源時常的時間窗口是2020-2030年。根據圖5-圖6顯示，隨著化石能源的逐步耗盡，可再生能源的發展必須加快步伐。盡快降低光伏發電的成本，取代常規能源，使人類擺脫對常規能源的依賴。

3.非晶硅產品的延伸

BIPV，這是光電建筑一體化的更高級應用，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、窗戶甚至屋頂本身在合適的朝陽方向上采用光伏組件來代替建筑材料，既作為建材又能夠發電，一舉兩得。光伏與建筑的結合有兩種技術：一種是建筑與光伏系統結合；另一種是建筑與光伏器件結合。目前我國致力于建筑與光伏器件相結合的技術。

非晶硅電池在建筑物上運用的優勢

（1）材料和制造工藝成本低。這是因為生產工藝更簡化，能耗更低，硅薄膜僅有數千埃厚度，昂貴的純硅材料用量很少。同時襯底材料，如玻璃、不銹鋼、塑料等，價格相對低廉。

圖7. 非晶硅與晶體硅在材料和制作工藝成本的對比。

　?。?font color=#333333>2）易于形成大規模生產能力，生產可全流程自動化。
　?。?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%，當然，隨著透光率的增加，光電池的轉化效率會隨著下降，運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效果，光線柔和舒適，生態的辦公環境。

　?。?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太陽電池的功率輸出受環境溫度影響相對小。

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。取在標注條件檢測均為100W的電池，a-Si（amorphous Silicon）非晶硅電池使用溫度上升到70℃[時，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境影響較小，而晶體硅電池如果其中一小部分被遮擋，會產生孤島效應，這將極大的降低整個組件的功率輸出。

（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（右側為非晶硅薄膜電池，左側為晶體硅電池）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。

隨著常規能源的日益短缺，對太陽能的開發和利用的步伐就不會停止。BIPV是廣泛使用的發展方向；隨著科技的不斷進步和新的材料開發使用，將為光電一體化提供更多的發展空間。

4.薄膜同類產品的競爭分析

4.1 CdTe、CIGS

CdTe薄膜太陽電池屬于化合物半導體，材料使用量少，光電轉換效率較高，生產容易，因此近年商業化的動作相當積極，而且，CdTe已應用于大面積屋頂建材。但是，由于碲天然藏量有限，恐怕無法應付未來大量需求。而且，金屬鎘有劇毒，在生產過程中存在對環境造成嚴重污染的風險。因此，目前鎘系太陽能電池是否適, 合大規模生產值得商榷。

CIGS吸光范圍很廣，其穩定性, 及光電轉換效率為各類型薄膜太陽電池中較高者，因此商業化程度較快。在標準測試條件下，CIGS太陽電池光電轉換效率可達19.5%。但由于制成技術復雜并且工藝可控性有待提高，阻礙了規?；a的發展進程，未能與結晶硅型太陽電池形成有效競爭。目前，CIGS電池市場占有率仍低。

圖11. 各種薄膜技術的比較 資料來源：IEA; JPMorgan

4.2 有機材料的發展

聚合物多層修飾電極型太陽能電池的優點是有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等，但是，其使用壽命和電池效率目前都不能和無機材料特別是硅電池相比。因此，聚合物太陽能電池能否發展成為具有實用意義的產品，還有待研究。納米TiO2晶體化學能太陽能電池是目前學術界研究的重點方向之一。納米晶TiO2太陽能電池的優點是成本低(制作成本為硅太陽電池的1/5-1/10)、工藝簡單、穩定好。但是，其光電效率在10%左右，低于非晶硅電池，而且此類電池的研究和開發剛剛起步，能否產業化尚待觀察。

4.3 值得注意的問題

CdTe薄膜太陽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烈的毒性和毒害作用，通過各種污染途徑被人體攝入后會不斷沉積、發生作用，最終導致中毒者的骨骼疏松、造血功能和腎臟受損。在為環境污染付出沉重代價的今天，在人們的環保意識日漸蘇醒和環保呼聲日益高漲的時候，毒害影響被廣泛而深入的關注。

2007年6月11日，中國商務部、海關總署聯合發布公告稱，自2007年6月18日起對銦、鉬實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略資源，廣泛應用于國防工業、航空航天、信息產業、制造業等。

4.4 非晶硅的優勢

雖然薄膜電池在國際商品化光伏電池生產中所占的比例很小，但高效率電池可能最終要走薄膜化的技術路線。采用多薄層、多p-n結的結構形式的薄膜電池，可實現40%-50%以上的光電轉換效率。FhG-ISE的理論計算，具有5個p-n結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量豐富，且無毒、無污染，更具可恥許發展的前景。

自20世紀80年代以來，中國一些課題組開始研究非晶硅薄膜材料和光伏電池以來，薄膜光伏電池的研究一直受到高度重視。

5.政策環境

5.1 光伏發展現狀和研發支持計劃

目前中國支持光伏發展的主要政策框架體現在兩方面，一方面是國家能源發展規劃，包括“十一五”規劃及可再生能源中長期發展規劃；另一方面是從2006年開始實施的《可再生能源法》。此外，光伏在扶貧及實現能源普遍服務等方面也有著巨大的貢獻。中國政府還對光伏產業的技術研發和產業化發展給予了大量的支持。

可再生能源發電是可再生能源發展的重要組成部分，國家第一次在《“十一五”國民經濟發展規劃（2006－2010）》中和中長期能源發展規劃中包含了可再生能源發電的規劃目標，國務院原則上通過了《國家可再生能源中長期發展規劃》，其中可再生能源發電也占有重要的地位。這些規劃和目標要求都對我國可再生能源發電的發展起到了指導和推動作用。有機構依據規劃和國家的發展目標對中國可再生能源發電裝機及發電量作了預測 ，見表23。

從表23中看出，太陽能光伏發電在中國未來的能源供應中將占有一席之地，按照國家目前規劃，到2010年中國光伏發電的累計裝機量將達到300 MWp，到2020年將達到1.8 GWp，到2050年將達到100 GWp。按照中國電力科學院的預測，到2050年，中國可再生能源的電力裝機將占全國電力裝將占全國電力裝機的25%，其中光伏發電裝機將占到5%。

表2. 中國可再生能源發電的發展規劃和預測 資料來源：2007年中國光伏發展報告

5.2 中國光伏發電政策建議

政府制定合適的發展目標和適當的價格補貼，對于鼓勵制造商投資與降低成本都很重要。

在中國光伏制造產業已有相當發展的情況下，目前政府設定的光伏發展目標明顯偏低、鼓勵政策不到位，不僅影響光伏市場的發展，而且也影響光伏制造業。

根據現階段的歷史條件和技術發展水平，中國政府明確指出，以新能源替代傳統能源、以優勢資源替代稀缺資源、以可再生能源替代化石能源。如果這些政策落到實處，包括光伏發電在內的可再生能源技術的發展前景會十分樂觀。

6.結論

光伏市場總體需求保持上升形勢，非晶硅薄膜電池已成為光伏產業一個重要的發展方向。預計：非晶硅薄膜電池至2010年發展速度最快，利潤水平較高。2010年以后與晶體硅進行整體競爭，利潤逐步降低。預計2020年以后，薄膜市場占有率將達到30%以上。