非晶硅太阳能电池市场的展望

非晶硅太阳能电池市场的展望

1.薄膜电池的需求量预测

1.1光伏总需求增长趋势

能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速，最近10年太阳电池及组件生产的年平均增长率达到33%，最近5年的年平均增长率达到43％。

图1. 世界太阳电池历年生产量 资料来源：2007年中国光伏发展报告

图2. 世界太阳电池历年年增长率 资料来源：2007年中国光伏发展报告

表1. 过去10年世界太阳电池的年生产量和累计用量/GWp 资料来源：2007年中国光伏发展报告

2007年世界光伏市场安装高达2826MW，比去年同比增长62%。

2007年德国光伏市场已达1328MW，目前已占全球市场的47%。西班牙猛增480%，达640MW，与此同时，美国增长57%达220MW。成为世界第四大市场。日本——曾经的世界领头羊，已下降23%，仅达230MW。

2007年世界太阳电池生产总量为3436MW，比去年增长915MW。薄膜生产以两倍以上的速度由2006年的181MW达到了2007年的400MW，占光伏总产值的12%。

图3. 2007年世界光伏市场安装量分布图资料来源：2007世界光伏产业报告

1.2薄膜电池的比例将增加

目前，火力是当今社会的主要能源。由于石油能源仅可供全球消费三十多年，加上多晶硅原材料的依然紧缺使其价格持续上涨，因此，薄膜将成为下一种可替代能源的解决方案之一。非晶硅薄膜电池具有以下优势：

1）．制造成本低

A.节省硅材料。

B.工艺简单。

C.能源消耗小。

D.组装方便、易于实现大规模生产等。

2）.能源消耗的回收期短

能源回收期对比表

1.3非晶硅薄膜电池的需求预测

从总体市场角度看，薄膜将会在总体太阳能模块市场中赢得更多市场份额。

图4. 各类型太阳电池市场占有率预测 资料来源：Winfried Hoffmann, 19th EPVSEC(2004/06)

2.非晶硅成本和价格走势

2.1成本降低因素

虽然薄膜电池在国际商品化光伏电池生产中所占的比例很小，但从成本角度出发，高效率电池最终要走薄膜技术路线。而在各种薄膜电池中，唯有硅薄膜电池原材料储量丰富，且无毒，无污染，绿色环保，更具有持续发展的前景。对于我国硅系薄膜太阳能电池产业来说，从技术层面提高转换效率的难度很大，何时能够取得技术突破较难预测。相比之下，通过提高工艺水平降低成本更加可期，这也是我国太阳能电池产业可以寻求突破的环节。所以，用科技进步提高效率、提升工艺水平、提高成品率和产能是使非晶硅薄膜电池综合成本降低的主要途径。

2.2价格走势预测

剔出市场短期因素，晶体硅原材料产能的提升使多晶硅电池的价格呈下降趋势，使非晶硅太阳能电池的价格连带降低。然而目前，非晶硅薄膜太阳能电池产量约占全球太阳能电池总量的12%左右。随着非晶硅薄膜电池全球产能的提高必将改变目前竞争不充分的局面，其价格将呈逐步降低趋势。

众所周知，我国太阳能市场的现状是两头在外，非晶硅薄膜太阳能电池的主要制造设备和原材料生产厂家以及消费市场都在国外。产能的扩大必然带来制造设备和原材料的供应紧张，进而造成生产成本上升，抵消一部分价格降低。

综上所述，预计非晶硅太阳能电池的成本和价格降低是缓慢的。

2.3替代常规能源趋势，加速价格降低与常规能源进行竞争

太阳能是人类必然的能源选择，判断的依据如下：

1.传统能源总有耗尽的一天，大部分化石能源探明储量不足人类百年所需；

2.人类的能源需求持续增长，消耗能源的速度加快，能源价格长期趋势向上。

图5. 传统能源耗尽年份

图6. 2004年欧盟联合研究中心预测 资料来源：欧盟联合研究中心

由于地理位置不同，光伏发电成本会有较大区别。在发达国家中，光伏发电成本在达到能和高峰电价相比的时间窗口是2010-2020年，能和平均电价相比的时间窗口是2020-2050年。综合考虑，预计光伏发电开始大规模进入人类主流能源时常的时间窗口是2020-2030年。根据图5-图6显示，随着化石能源的逐步耗尽，可再生能源的发展必须加快步伐。尽快降低光伏发电的成本，取代常规能源，使人类摆脱对常规能源的依赖。

3.非晶硅产品的延伸

BIPV，这是光电建筑一体化的更高级应用，即是将光伏器件与建筑材料集成化。将建筑物的外墙、玻璃幕墙、窗户甚至屋顶本身在合适的朝阳方向上采用光伏组件来代替建筑材料，既作为建材又能够发电，一举两得。光伏与建筑的结合有两种技术：一种是建筑与光伏系统结合；另一种是建筑与光伏器件结合。目前我国致力于建筑与光伏器件相结合的技术。

非晶硅电池在建筑物上运用的优势

（1）材料和制造工艺成本低。这是因为生产工艺更简化，能耗更低，硅薄膜仅有数千埃厚度，昂贵的纯硅材料用量很少。同时衬底材料，如玻璃、不锈钢、塑料等，价格相对低廉。

图7. 非晶硅与晶体硅在材料和制作工艺成本的对比。

　　（2）易于形成大规模生产能力，生产可全流程自动化。
　　（3）品种多，用途广。灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合用于建筑物的安装。
　　（4）具备弱光发电的性能。
　　（5）非晶硅薄膜电池可以造成透光电池，透光率可从5%到75%，当然，随着透光率的增加，光电池的转化效率会随着下降，运用到建筑上的最理想的透光率为25%。

图8：非晶硅电池自然采光室内效果，光线柔和舒适，生态的办公环境。

　　（6）由于a-Si材料的光带隙比单晶硅和多晶硅宽，因此a-Si太阳电池的功率输出受环境温度影响相对小。

图9. 晶体硅电池与非晶硅电池受温度的影响功率下降的分布示意图。

上图为晶体硅电池与非晶体硅电池受温度的影响功率下降的分布示意图。取在标注条件检测均为100W的电池，a-Si（amorphous Silicon）非晶硅电池使用温度上升到70℃[时，功率下降仅为10W左右，而晶体硅电池则在相同状况下的功率下降接近30W。

（7）非晶硅电池工作中受环境影响较小，而晶体硅电池如果其中一小部分被遮挡，会产生孤岛效应，这将极大的降低整个组件的功率输出。

（8）非晶硅电池的板块能更好的配合建筑分格。

下图为非晶硅薄膜电池与其它电池在建筑外立面的建筑效果（右侧为非晶硅薄膜电池，左侧为晶体硅电池）的比较。晶体硅外观效果零碎，杂乱。非晶硅和建筑物能很好和建筑物融为一体，不影响建筑的宏观效果。

图10. 非晶硅薄膜电池与其他电池在建筑外立面的建筑效果的比较。

随着常规能源的日益短缺，对太阳能的开发和利用的步伐就不会停止。BIPV是广泛使用的发展方向；随着科技的不断进步和新的材料开发使用，将为光电一体化提供更多的发展空间。

4.薄膜同类产品的竞争分析

4.1 CdTe、CIGS

CdTe薄膜太阳电池属于化合物半导体，材料使用量少，光电转换效率较高，生产容易，因此近年商业化的动作相当积极，而且，CdTe已应用于大面积屋顶建材。但是，由于碲天然藏量有限，恐怕无法应付未来大量需求。而且，金属镉有剧毒，在生产过程中存在对环境造成严重污染的风险。因此，目前镉系太阳能电池是否适, 合大规模生产值得商榷。

CIGS吸光范围很广，其稳定性, 及光电转换效率为各类型薄膜太阳电池中较高者，因此商业化程度较快。在标准测试条件下，CIGS太阳电池光电转换效率可达19.5%。但由于制成技术复杂并且工艺可控性有待提高，阻碍了规模化生产的发展进程，未能与结晶硅型太阳电池形成有效竞争。目前，CIGS电池市场占有率仍低。

图11. 各种薄膜技术的比较 资料来源：IEA; JPMorgan

4.2 有机材料的发展

聚合物多层修饰电极型太阳能电池的优点是有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等，但是，其使用寿命和电池效率目前都不能和无机材料特别是硅电池相比。因此，聚合物太阳能电池能否发展成为具有实用意义的产品，还有待研究。纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是目前学术界研究的重点方向之一。纳米晶TiO2太阳能电池的优点是成本低(制作成本为硅太阳电池的1/5-1/10)、工艺简单、稳定好。但是，其光电效率在10%左右，低于非晶硅电池，而且此类电池的研究和开发刚刚起步，能否产业化尚待观察。

4.3 值得注意的问题

CdTe薄膜太阳电池主要原材料是镉有色重金属的化合物，金属镉及其离子具有强烈的毒性和毒害作用，通过各种污染途径被人体摄入后会不断沉积、发生作用，最终导致中毒者的骨骼疏松、造血功能和肾脏受损。在为环境污染付出沉重代价的今天，在人们的环保意识日渐苏醒和环保呼声日益高涨的时候，毒害影响被广泛而深入的关注。

2007年6月11日，中国商务部、海关总署联合发布公告称，自2007年6月18日起对铟、钼实行出口配额许可证管理。铟、钼等稀有金属是不可再生的重要战略资源，广泛应用于国防工业、航空航天、信息产业、制造业等。

4.4 非晶硅的优势

虽然薄膜电池在国际商品化光伏电池生产中所占的比例很小，但高效率电池可能最终要走薄膜化的技术路线。采用多薄层、多p-n结的结构形式的薄膜电池，可实现40%-50%以上的光电转换效率。FhG-ISE的理论计算，具有5个p-n结的薄膜电池的理论效率可到57%以上。而在各种薄膜电池中，唯有硅薄膜电池原材料储量丰富，且无毒、无污染，更具可耻许发展的前景。

自20世纪80年代以来，中国一些课题组开始研究非晶硅薄膜材料和光伏电池以来，薄膜光伏电池的研究一直受到高度重视。

5.政策环境

5.1 光伏发展现状和研发支持计划

目前中国支持光伏发展的主要政策框架体现在两方面，一方面是国家能源发展规划，包括“十一五”规划及可再生能源中长期发展规划；另一方面是从2006年开始实施的《可再生能源法》。此外，光伏在扶贫及实现能源普遍服务等方面也有着巨大的贡献。中国政府还对光伏产业的技术研发和产业化发展给予了大量的支持。

可再生能源发电是可再生能源发展的重要组成部分，国家第一次在《“十一五”国民经济发展规划（2006－2010）》中和中长期能源发展规划中包含了可再生能源发电的规划目标，国务院原则上通过了《国家可再生能源中长期发展规划》，其中可再生能源发电也占有重要的地位。这些规划和目标要求都对我国可再生能源发电的发展起到了指导和推动作用。有机构依据规划和国家的发展目标对中国可再生能源发电装机及发电量作了预测 ，见表23。

从表23中看出，太阳能光伏发电在中国未来的能源供应中将占有一席之地，按照国家目前规划，到2010年中国光伏发电的累计装机量将达到300 MWp，到2020年将达到1.8 GWp，到2050年将达到100 GWp。按照中国电力科学院的预测，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。

表2. 中国可再生能源发电的发展规划和预测 资料来源：2007年中国光伏发展报告

5.2 中国光伏发电政策建议

政府制定合适的发展目标和适当的价格补贴，对于鼓励制造商投资与降低成本都很重要。

在中国光伏制造产业已有相当发展的情况下，目前政府设定的光伏发展目标明显偏低、鼓励政策不到位，不仅影响光伏市场的发展，而且也影响光伏制造业。

根据现阶段的历史条件和技术发展水平，中国政府明确指出，以新能源替代传统能源、以优势资源替代稀缺资源、以可再生能源替代化石能源。如果这些政策落到实处，包括光伏发电在内的可再生能源技术的发展前景会十分乐观。

6.结论

光伏市场总体需求保持上升形势，非晶硅薄膜电池已成为光伏产业一个重要的发展方向。预计：非晶硅薄膜电池至2010年发展速度最快，利润水平较高。2010年以后与晶体硅进行整体竞争，利润逐步降低。预计2020年以后，薄膜市场占有率将达到30%以上。