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薄膜電池優(yōu)勢解析
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http://news.magicallu.cn 發(fā)稿日期:2009-2-12
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從技術(shù)上講，最為成熟的薄膜太陽能電池當(dāng)屬硅基薄膜太陽能電池，包括非晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅/微晶硅雙疊層薄膜太陽能電池，在進(jìn)行薄膜電池投資或研究時(shí)，應(yīng)著重考慮原材料擁有量和技術(shù)進(jìn)步的風(fēng)險(xiǎn)。薄膜電池會(huì)首先在歐美日等國家和地區(qū)大規(guī)模開發(fā)，晶體硅太陽能電池等較為成熟的技術(shù)將向中國及其他發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。
2009年中國軸承行業(yè)研究咨詢報(bào)告 在國家相關(guān)政策的支持與在國內(nèi)軸承行業(yè)的共同努力下，我國軸承行業(yè)保持了持續(xù)、快速、健康的發(fā)展趨2009年中國手動(dòng)工具行業(yè)研究咨詢報(bào)告 隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，中國手動(dòng)工具產(chǎn)業(yè)逐步成為世界五金工具產(chǎn)業(yè)的主力軍。無論在全球工2009年中國汽車彈簧行業(yè)研究咨詢報(bào)告 車用彈簧主要用于汽車減震和發(fā)動(dòng)機(jī)氣門上，其特殊的功能和用途，對(duì)彈簧的內(nèi)在品質(zhì)要求較高。目前，2009年中國農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)研究咨詢報(bào)告 農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)是生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械，為種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)村副業(yè)與漁業(yè)提供生產(chǎn)和加工設(shè)備的產(chǎn)業(yè)。
當(dāng)前太陽能電池產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)為晶體硅太陽能電池，包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。經(jīng)過近幾年太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其效率已經(jīng)有了很大提高，成本也大幅度下降。目前大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池的平均光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到16.5%至17%之間，而多晶硅太陽能電池的平均光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到15.5%。晶體硅太陽能電池的主要問題是產(chǎn)業(yè)鏈的工藝復(fù)雜，因此，將晶體硅太陽能電池的成本大幅度降低會(huì)遇到較大困難。在降低成本方面，薄膜太陽能電池漸漸顯示出了它的競爭力。
硅基薄膜太陽能電池技術(shù)相對(duì)成熟
目前，從技術(shù)上講，最為成熟的薄膜太陽能電池當(dāng)屬硅基薄膜太陽能電池，包括非晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅/微晶硅雙疊層薄膜太陽能電池，其中非晶硅薄膜太陽能電池在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始較大規(guī)模的批量化生產(chǎn)，但是后來發(fā)現(xiàn)該種電池存在光致衰退現(xiàn)象，而且其效率提高得很緩慢，因此在上世紀(jì)90年代晶體硅太陽能電池產(chǎn)量擴(kuò)大的情況下，非晶硅薄膜太陽能電池的生產(chǎn)所占的比例越來越低了。直至最近，太陽能發(fā)電市場的不斷擴(kuò)大，以及由此造成的硅材料短缺日益嚴(yán)重，使得人們加緊了硅基薄膜太陽能電池的研發(fā)。人們的主要目標(biāo)是提高效率，提高穩(wěn)定性，降低制造成本，其基本技術(shù)是使用PECVD（等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積）技術(shù)沉積非晶硅或微晶硅薄膜，襯底是低廉的玻璃或不銹鋼材料。
目前非晶硅單層薄膜的光電轉(zhuǎn)化效率為6%，光致衰退率可以控制在初始效率值的15%左右。也就是說，在剛制備的電池組件的效率為8%，經(jīng)過幾個(gè)月的日照之后，其效率達(dá)到6%左右，并最終穩(wěn)定在這個(gè)值。這種特性可以為當(dāng)前的消費(fèi)者所接受。目前新近開發(fā)出的非晶硅/微晶硅雙疊層太陽能電池可以達(dá)到8.5%的穩(wěn)定效率，而其光致衰退更小，但是由于其工藝較復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不大，致使其成本仍較高。實(shí)際上，目前研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界都在加緊研究硅基薄膜太陽能電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，各方都投入了巨資進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)，其中包括世界頂級(jí)半導(dǎo)體設(shè)備制造商美國的應(yīng)用材料公司、歐洲的Oerlikon公司、日本的日本真空公司、德國的萊寶真空公司、美國的EPV公司等。這些公司可以提供成套的非晶硅或者非晶硅/微晶硅雙疊層太陽能電池制造設(shè)備以及相匹配的生產(chǎn)制造工藝。
硅基薄膜電池出現(xiàn)投資熱潮
在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了硅基薄膜電池的投資熱潮。研究機(jī)構(gòu)目前已經(jīng)描繪了五代硅基薄膜太陽能電池工藝技術(shù)：第一代非晶硅單結(jié)薄膜太陽能電池、第二代非晶硅/非晶硅雙結(jié)薄膜太陽能電池、第三代非晶硅/微晶硅雙結(jié)薄膜太陽能電池、第四代非晶硅/非晶硅鍺雙結(jié)或三結(jié)薄膜太陽能電池、第五代非晶硅/非晶硅鍺/微晶硅三結(jié)薄膜太陽能電池。目前在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域中的主要技術(shù)仍舊是前兩者，但是第三代硅基薄膜太陽能電池將在2009年或2010年投入大規(guī)模生產(chǎn)，屆時(shí)第一代和第二代技術(shù)將退出產(chǎn)業(yè)界。
在生產(chǎn)線技術(shù)方面依關(guān)鍵的PECVD沉積系統(tǒng)分類，可以劃分出以下5種設(shè)備模式：單室多片PECVD沉積系統(tǒng)(EPV、BudaSolar)、串聯(lián)線列式多室單片PECVD沉積系統(tǒng)(日本真空)、并聯(lián)線列式多室單片PECVD沉積系統(tǒng)(萊寶真空)、團(tuán)簇式多室單片PECVD沉積系統(tǒng)(應(yīng)用材料公司)、單多片混合型PECVD沉積系統(tǒng)(Oerlikon公司)。
目前，每一種系統(tǒng)都在電池制造商建立了生產(chǎn)線，但是具體哪種生產(chǎn)線模式將成為主流技術(shù)還有待驗(yàn)證。
注意防范原材料供應(yīng)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)
對(duì)于CIGS薄膜電池因其量產(chǎn)電池的效率較高，已有一些廠家推出中試規(guī)模的組件，效率達(dá)到10%以上，應(yīng)該是一種更為理想的薄膜太陽能電池，但是其之所以遲遲不能進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)，主要原因是生產(chǎn)的重復(fù)性和穩(wěn)定性。由于這種電池使用4種材料，而且每一種材料還需要控制制成特定的晶相以達(dá)到最好的光電效應(yīng)，因此很難控制成膜后的光學(xué)和電學(xué)特性，尤其難的是在大規(guī)模生產(chǎn)狀態(tài)下能否很好地控制產(chǎn)品的重復(fù)性和一致性，這成為制約這種電池發(fā)展的關(guān)鍵所在。另一個(gè)問題是，由于該種電池的原材料In和Ga都屬于稀有金屬材料，地球含量較低，這就導(dǎo)致在將來大規(guī)模生產(chǎn)后原材料的供應(yīng)將成為一種隱憂。另外，目前還很少有廠家可以提供這種電池的成套生產(chǎn)線設(shè)備。
對(duì)于CdTe電池，其生產(chǎn)技術(shù)較為簡潔，主要為磁控濺射或近空間升華技術(shù)，產(chǎn)品重復(fù)性和一致性很好，電池效率目前為7%～8%，并且可以較為容易地提高到10%以上。原材料成本也較低，因此使得該種電池得以快速擴(kuò)產(chǎn)。但是該種電池在市場上一直存在爭論，就是該種電池使用了鎘元素，這種元素屬于環(huán)境不友好物質(zhì)，因此一直受到很多公司及市場的抵觸。而且在未來Te的儲(chǔ)量也會(huì)限制這種薄膜電池的發(fā)展。因此這種電池可以在一定規(guī)模下、在晶體硅電池價(jià)格居高不下、高純硅材料產(chǎn)能不夠的情況下起到一個(gè)緩沖作用，真正大規(guī)模的生產(chǎn)并占有較大的市場份額是值得懷疑的。當(dāng)硅基薄膜電池克服了技術(shù)瓶頸，高速發(fā)展之后，CdTe電池將會(huì)停滯下來。
綜合比較3種薄膜電池的技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行薄膜電池投資或研究時(shí)，應(yīng)著重考慮以下兩點(diǎn)：
第一，原材料擁有量。當(dāng)一種太陽能電池作為替代型能源產(chǎn)品時(shí)，其應(yīng)用規(guī)模將是巨大驚人的，因此必須考慮其所用原材料在地球上的擁有量，以及電池工藝中的單位原材料使用量。從這個(gè)角度考慮，硅太陽能電池將最終成為勝出的產(chǎn)品，硅在地球中的含量占到26%，僅次于氧，為地球上儲(chǔ)量第二位的元素。因此，沒有一種薄膜電池在長遠(yuǎn)來看可以和硅基薄膜電池相比。從這個(gè)角度來看，人們同樣看好晶體硅太陽能電池。不論CIGS還是CdTe電池，其基本原材料中都含有儲(chǔ)量不足的稀有金屬，前景不容樂觀。即使是新興的像納米染料二氧化鈦太陽能電池也因大量使用鈦這種稀有元素而增加了對(duì)其原材料供應(yīng)的憂慮。
第二，技術(shù)進(jìn)步的風(fēng)險(xiǎn)。目前各種薄膜電池都處在剛剛進(jìn)入市場的階段，前期一些廠家和研究單位為了開發(fā)技術(shù)和設(shè)備投入了巨大的人力和資金，因此新技術(shù)的設(shè)備制造成本和工藝成本都很高，使得薄膜電池生產(chǎn)線的價(jià)格居高不下，比如25MW非晶硅薄膜電池生產(chǎn)線的售價(jià)在3億元～4億元之間，而25MW晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)線的設(shè)備成本只有4000萬元～5000萬元，差別巨大。更為關(guān)鍵的是薄膜電池目前的技術(shù)進(jìn)步很快，因此在一個(gè)中國的電池廠商花巨資購買了昂貴的薄膜電池制造設(shè)備之后，在較短的時(shí)間內(nèi)就有新技術(shù)出現(xiàn)，因此舊有設(shè)備就很可能遭到淘汰。這就使得薄膜電池設(shè)備的折舊過高，影響了薄膜太陽能電池成本的降低。再有就是中國的薄膜電池廠商的技術(shù)實(shí)力很弱，沒有薄膜電池技術(shù)更新的能力，因此在新技術(shù)和新設(shè)備出現(xiàn)之后，廠家無力跟上技術(shù)進(jìn)步，將面臨重新購買新設(shè)備或者被淘汰出局的局面。
因此，對(duì)于未來薄膜電池發(fā)展的趨勢，我們認(rèn)為薄膜電池會(huì)首先在歐美日等國家和地區(qū)大規(guī)模開發(fā)，與此同時(shí)晶體硅太陽能電池等較為成熟的技術(shù)將向中國及其他發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。
從薄膜電池的投資方來看，最重要的是招聘或自我培養(yǎng)一支技術(shù)隊(duì)伍，確保在設(shè)備的維護(hù)和未來的技術(shù)更新時(shí)能發(fā)揮作用。
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三種薄膜太陽能電池進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)
薄膜電池顧名思義就是將一層薄膜制備成太陽能電池，其用材較少，工藝簡單，能耗較低，具有一定的競爭力。目前已經(jīng)能進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的薄膜電池主要有3種：硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池(CIGS)、碲化鎘薄膜太陽能電池(CdTe)。
這3種薄膜電池目前在世界范圍內(nèi)都有廠家在規(guī)�；a(chǎn)。例如美國的FirstSolar公司在2007年就將碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)量擴(kuò)大到207MW，成為世界第四大太陽能電池制造商，其產(chǎn)能超過300MW，成為目前世界上發(fā)展最快的薄膜太陽能電池企業(yè)，其宣布的成本僅為每瓦1.47美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同期的晶體硅太陽能電池成本。而在世界范圍內(nèi)也出現(xiàn)了硅基薄膜太陽能電池生產(chǎn)廠，包括美國的UnitedSolar公司、日本的Kenaka公司和三菱公司、德國的Schott公司等都已推出非晶硅薄膜太陽能電池的生產(chǎn)線。日本夏普公司在2007年晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)出現(xiàn)了16%的下滑，公司推出了新的太陽能電池發(fā)展戰(zhàn)略，即大力推進(jìn)硅薄膜太陽能電池生產(chǎn)線的建設(shè)，并將晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)基地向中國或其他制造成本較低的國家轉(zhuǎn)移。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池由于其制造難度較大，目前還沒有真正形成大氣候的太陽能電池廠，但是世界多家太陽能電池公司或研發(fā)單位都在加緊研究，使這種太陽能電池盡早進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段。 - ■ 與【薄膜電池優(yōu)勢解析】相關(guān)新聞
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