晶體硅和薄膜太陽能光伏電池是現(xiàn)在乃至未來十年的兩大主要技術陣營，晶體硅太陽能電池以高轉(zhuǎn)化效率在過去和現(xiàn)在都主導著光伏市場。而薄膜電池在原有轉(zhuǎn)化效率上突破性的進展以及相對低廉的成本在近兩年吸引了投資者更多的關注，處于其急速發(fā)展期。
目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的太陽能電池技術有晶體硅電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘薄膜太陽能電池，聚光太陽能電池。CIGS薄膜太陽能電池也有可能在將來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其中，晶體硅太陽能電池占整個光伏市場85%以上的份額。單晶硅太陽能電池大規(guī)模生產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到了16.5%，而多晶太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率在14.5%到15.8%之間。據(jù)悉，中電的已經(jīng)量產(chǎn)的SE電池的平均轉(zhuǎn)化效率為17.5%，其單晶太陽能電池最高能達到18%的轉(zhuǎn)換效率。而作為中國太陽能行業(yè)標桿企業(yè)的無錫尚德已宣布的Pluto電池的轉(zhuǎn)化效率達到了18%。
而在未來太陽能電池的發(fā)展藍圖中，薄膜電池則以低成本成為新的亮點，并試圖通過改善工藝提高其轉(zhuǎn)換效率將極大的扭轉(zhuǎn)光伏市場的格局。
原材料在太陽能電池的成本結構中占了重要的比例，薄膜電池能在當前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路中崛地而起，成本因素起到了關鍵的作
用據(jù)Oerlikon太陽能事業(yè)部亞洲區(qū)技術營銷總經(jīng)理孫海燕博士介紹，不論是晶體硅還是薄膜太陽能電池，原材料約占總光伏電池總成本的60%-70%，薄膜太陽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能電池的成本。圖1為2003年M.Green博士建立的光伏成本模型，在2003年，多晶硅的價格為30美金/公斤，根據(jù)模型顯示，在系統(tǒng)安裝量為1GW時，傳統(tǒng)薄膜太陽能電池每KW的價格約是多晶硅太陽能電池的二分之一。而新型的薄膜太陽能電池技術將這種單位電量的價格優(yōu)勢繼續(xù)擴大。
在過去的幾年中，為了降低晶體硅太陽能電池的成本，用來制作電池片的硅片的厚度已經(jīng)從原來的300um減薄到了180um，孫海燕博士認為，縱然隨著明年多晶硅產(chǎn)能的釋放，價格會有一定幅度的回落，但從成本角度，薄膜電池還是具有明顯的成本優(yōu)勢。
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，因為超白玻璃具有高透光率，對太陽光具有很好的吸收作用。目前國內(nèi)已經(jīng)有一些光伏玻璃生產(chǎn)企業(yè)達到了一定的規(guī)模，例如山東金晶、南玻以及耀皮等。這為薄膜電池的規(guī)模化生產(chǎn)提供了豐富的原材料供應。
同時，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，采用非晶雙結技術的薄膜太陽能電池穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率的理論上限為15%，在有報道的量產(chǎn)中最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到了11%左右。晶體硅電池的發(fā)展也推動了薄膜太陽能電池的快速發(fā)展，薄膜太陽能電池在技術上目前已經(jīng)具備了規(guī)模化生產(chǎn)的基本條件。
薄膜太陽能電池解決方案巨頭之一的應用材料用Sunfab生產(chǎn)線來主戰(zhàn)薄膜太陽能光伏市場，Sunfab最誘人之處莫過于改寫了薄膜太陽能電池玻璃基板的尺寸了，將尺寸增大到了2.2米X2.6米，總面積達到了5.7平方米，面積是普通薄膜太陽能電池的4倍，如此大的面積的太陽能電池模組不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，在系統(tǒng)安裝時能很大程度上減少安裝材料和安裝的人力。在相同效率的條件下，大面板顯然在成本上占有優(yōu)勢，但是隨著尺寸的增大，厚度、結晶分餾和摻雜物濃度等薄膜特性的均勻性變化都會在制造過程中造成設備性能下降和電池的可靠性問題。根據(jù)應用材料發(fā)表的數(shù)據(jù)，其轉(zhuǎn)換效率均勻性優(yōu)于+/-4rel%。
作為全球首家提供薄膜太陽能模塊Turn-Key服務的廠商Oerlikon的薄膜太陽能電池解決方案提供了中試線的選擇，其玻璃基板與量產(chǎn)基板尺寸相同。中試線與量產(chǎn)線不同之處在于反應腔室的數(shù)量，兩者分別為1：20，在中試線上研發(fā)成功的工藝可以直接移植到量產(chǎn)生產(chǎn)線上，這使電池生產(chǎn)廠商在投入大規(guī)模量產(chǎn)之前可以對工藝進行自主改善，進而提高產(chǎn)能與轉(zhuǎn)化效率。
Oerlikon于2007年9月推出的非晶微晶的工藝解決方案，最早由Oerlikon現(xiàn)任CTO Johannes Meier于1994年在IMT提出，這種結構能夠拓展吸收的光譜范圍，從而大大的增加對光的吸收能力。采用非晶微晶的薄膜太陽能電池穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率可以達到9%左右，在量產(chǎn)之后，通過加工技術的提升，還可以進一步提高轉(zhuǎn)換效率。
據(jù)孫海燕博士介紹,非晶工藝和非晶微晶工藝的主要區(qū)別在于PECVD工藝，后者在鍍膜的過程中需要40MH的超高頻，以獲得高沉積速率、高均勻性以及低損傷。所以Oerlikon早在20年前開發(fā)薄膜太陽技術及設備時，將其開發(fā)重點集中在PECVD設備超高頻電源與反應器裝置的開發(fā)。超高頻電源應用主要的目的在于使薄膜淀積又快又好，即在薄膜的淀積過程中，使產(chǎn)生的等離子既不能破壞膜的結構，同時薄膜的淀積速度要快。而用于薄膜淀積的Oerlikon的反應器是一個高溫等溫裝置，反應器內(nèi)溫度的控制非常重要，因為非晶硅是長程無序短程有序硅的一種非穩(wěn)態(tài)，在等溫下形成致密的薄膜的過程相當于在接近于穩(wěn)定狀態(tài)下形成的亞穩(wěn)態(tài)，所制備的電池結構相對穩(wěn)定，初始衰減相對少。
雖然薄膜電池將主導未來光伏市場的呼聲不斷，但要在未來的5-10年取代晶體硅太陽能電池成為光伏市場的主流可能需要相當?shù)墓ぷ骱团Α３Ｖ萏旌瞎饽苁紫\營官鄒西原認為，由于用于晶體硅電池制造的硅原料取得相對容易，晶體硅電池量產(chǎn)技術成熟和較高的轉(zhuǎn)換效率，而在可預見的未來幾年，晶體硅太陽能電池仍然會是市場的主流。應用材料（中國）有限公司太陽能事業(yè)部總經(jīng)理王瑞萍認為，晶體硅和薄膜這兩種技術在很長一段時間內(nèi)會齊頭并進，相輔相成，也許會永遠并存。
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