CIGS薄膜太阳能电池会是下一代领跑者吗?

【专家解说】：据汉能董事局主席李河君说，在此次收购完成后，汉能薄膜太阳能电池的产能将超过3GW，一举超越美国第一太阳能(First Solar)，成为全球最大的薄膜组件企业。在感叹我国光伏企业海外并购步伐之大的同时，我们心中也不免会产生疑问:暂不谈该项技术在国内的本土化进程，只从技术路线而言，CIGS电池能否超越晶硅电池与硅基薄膜技术，成为光伏领域下一代的领跑者还有待验证。 何为CIGS CIGS电池是由铜(Copper)，铟(Indium)，镓(Gallium)，硒(Selenium)等几种元素的化合物作为原料生产的薄膜化合物太阳能电池。其制作工艺有共蒸发法和溅射后硒化法等。 CIGS电池由最初的CIS电池发展而来，薄膜材料CIS是在1953年由Hahn首次合成;1974年贝尔实验室的Wagner等人制备出了第一块CIS太阳能电池;上世纪80年代，波音公司和ARCO Solar(即Siemens Solar)公司分别用共蒸发和溅射硒化法进行了进一步研究;之后，又将CIS的材料中掺入镓(Ga)和硫(S)元素使之与太阳光谱更匹配，美国再生能源实验室(NREL)发明了拥有更高的光电转换效率的CIGS电池，这就是现代CIGS太阳能电池的雏形。之后又经过不断的技术改良与创新，CIGS的转化效率不断提高，目前量产的CIGS的组件转化效率可以达到10%到13%左右，高于一般的硅基薄膜组件。 相较于传统的晶硅组件以及硅基薄膜组件，CIGS电池具有转换效率较高，使用寿命较长，单片组件生产成本较低，可塑性较强，安全性较高以及生产过程中不需要提炼高纯度原料等特点。 首先，其转换效率较高。CIGS电池是在薄膜太阳能电池中具备最高转化效率的电池之一，德国太阳能和氢能研究中心(ZSW)采用共蒸发法曾在0.5平方厘米的CIGS电池上达到了20.3%的高转化效率，使CIGS薄膜的效率与仍然主导市场的多晶硅太阳能电池之间的差距缩小到了0.1%。就连一般的量产CIGS组件，其转化效率也可以达到10%到12%左右，高于一般的硅基薄膜组件的5%~10%。 其次，其使用寿命较长，稳定性高。一般的硅基薄膜电池组件，在使用后的短时间内，其转化效率就会有较大幅度的跌幅。而CIGS电池则可以有更高更稳定的使用寿命。 第三，其低成本预期可加速实现。由于CIGS电池的转化效率较高，每提高1%的转化效率，其成本预期便会降低10%左右。而且，CIGS电池的薄膜厚度仅是硅基薄膜组件的百分之一左右，即2μm至3μm，相同面积使用的材料则更少。另外，其基板材料也是较为廉价的碱石灰玻璃。再者，对原料纯度要求并非十分苛刻。这一系列原因，都预示着单片CIGS电池较低的生产成本。 另外，能源回收周期短。根据迈哲华咨询(中国)公司的相关数据分析，相对于其他组件，CIGS电池的EPT(Energy Payback Time)更短。所谓EPT，即能量回收周期，指的是在生产太阳能电池的过程中使用的能量，与制作完成的太阳能电池发电产生的能量等同时所需要的时间。EPT=生产太阳能电池的过程中使用的能量÷制作完成的太阳能电池一年发电产生的能量。由表1可见，在能源回收利用的效率上，CIGS电池有着更大的优势。 但是，尽管CIGS电池相对于硅基薄膜组件有着诸多优点，但是其本身的局限性也是不容忽视的。例如，薄膜组件生产过程中共同的软肋:前期投资成本高，设备要求高，生产过程复杂;以及目前CIGS电池关键原料的供应并不十分充足，远不如晶硅组件原料般普及;而且，关于其生产过程中可能产生有害物质的争议也从来没有停息过。这些，都是目前制约CIGS电池发展的主要因素。 CIGS技术前景如何? 目前全球CIGS电池的市场情况如何呢?2012年，受全球太阳能发电市场不景气的影响，CIGS组件的产能也受到了不小的冲击，尽管目前2012年具体的数据还尚未统计出来，但是从2011年全球前7位的组件厂商的现状，便可以了解一二。(见表2) 由表2可知，目前全球CIGS电池的产能虽然较小，但是整体市场状况和晶硅组件一样不容乐观，尽管这其中有受全球光伏市场疲软的影响因素，但是CIGS电池组件生产本身的高投资成本，与小众化的市场等，也是导致其在全球市场中表现不佳的症结所在。 那究竟为什么在全球CIGS电池市场当下并不景气的情况下，汉能依旧出巨资收购MiaSolé等CIGS电池企业呢?笔者认为，首先是因为MiaSolé光伏组件具有较高的转化效率技术，据汉能董事局主席李河君说，该技术的量产转化效率达15.5%，并且该技术预期两年内也能有较大的提升空间，汉能收购MiaSolé预示着对其技术能力的肯定与高预期;其次，由于美国市场对我国组件企业的双反等成为了我国组件厂商进入美国市场的最大阻碍之一，汉能此番收购美国本土公司，可以较好地越过贸易壁垒，为今后在美国市场的发展打下基础;再者，由于现在CIGS电池整体行业的不景气，对其厂商的收购价格也较为低廉，所以汉能选在现在完成对MiaSolé的收购，也是较为合适的时机。 除汉能外，国际上如三井物产等诸多大型跨国公司，早已在2011年光伏产业进入寒冬之前，便将下一代的光伏技术如CdTe(碲化镉)电池以及CIGS电池等化合物薄膜电池作为晶硅组件的下一代潜在替代品，进行了产业战略布局。目前相较于这些传统的跨国公司，我国企业在CIGS电池行业上的产业步伐其实也毫不落后。 那么，CIGS电池未来的市场前景又将如何呢?根据迈哲华咨询(中国)公司的分析预测，到2016年，全球CIGS电池的产能，将达到4GW，市场规模也将达到200亿元人民币左右，成为超越硅基薄膜组件、持平CdTe薄膜电池组件的全球最大规模薄膜组件产业之一。但是短期之内，CIGS电池组件想要成为替代晶硅组件的国际主流太阳能电池组件，形成庞大的产业链与供需关系，就目前看来可能性还是很小。 那么，中国CIGS电池产业在今后将如何发展，才能在全球的CIGS电池市场中占据有利地形呢?笔者认为，中国CIGS电池产业要获得快速可持续的发展，有赖于几方面内外部条件:首先，企业自身的运作，应避免重蹈晶硅组件过于注重产能的覆辙，重技术而轻产能--努力降低企业前期的设备投入成本，将整体交钥匙产线拆分拆细，拥有自己的高效率产线，以降低对海外设备的依存度，使前期设备技术投入成本成为阻碍CIGS电池产业的非主要因素，并且不断积极开发新技术，致力于发展提高转化效率，降低组件材料成本等核心竞争优势;其次，我国CIGS电池企业对外应不断积极拓宽国内以及海外市场，以形成一批和目前国内晶硅组件同样具备国际化品牌竞争优势的龙头企业;再次，国家对CIGS电池国内市场的扶植也是不可或缺的，我国可以将对CIGS电池产业的促进，作为一项长期稳定的战略规划来部署，视市场发展状况逐渐完善强化CIGS电池的产业链，以期在下一代的光伏市场竞争中，使我国企业占据有利地势。以同为化合物薄膜电池的CdTe电池为例，笔者曾在2011年拜访过一家国内较早涉及CdTe电池行业的企业之一，上方能源。该公司表示，为了扶植新兴太阳能电池发展，绍兴市政府与其共同出资15亿元人民币，在绍兴投资了产能达500MW的CdTe电池生产线。笔者认为，绍兴市政府对CdTe电池产业的扶植，对同样是新兴技术的CIGS电池在国内市场的发展十分具有可供参考的借鉴意义。 尽管到目前为止，CIGS电池在不远的将来能否成为晶硅组件的革命性替代产品还是未知数，但是对技术创新的鼓励与支持，是社会与科技进步与发展的原动力，是各国都应当认真对待的重要课题之一。 就在汉能对美国CIGS薄膜组件企业MiaSolé完成并购的当天，日本CIGS电池厂商Solar Frontier宣布，日前通过溅射和硒化工艺，刷新了无镉CIGS薄膜太阳能电池的转换效率纪录，使其实验室转化效率达到了19.7%。由此看来，我国CIGS光伏企业现在还远不到志得意满的时候，在国际光伏行业的舞台上，唯有不断技术创新，才能使自己屹立于行业潮头。 (作者系迈哲华咨询公司太阳能高级分析师) 各种电池的EPT比较图(表1) 生产规模 多晶硅 硅基薄膜 CIGS 100MW 1.5年 1.1年 0.9年 2011年全球前7位的组件厂商现状(表2) 公司2011年产能 现状 Solar Frontier(日) 577MW Solibro(德) 95MW 被汉能收购 Miasolé(美) 60MW 被汉能收购 Solyndra(美) 40MW 破产 Avancis(德) 25MW Global Solar(美) 19MW 目前只销售消费类太阳能产品 Soltecture(德) 14MW 破产 免责声明:本网站所载文章、数据等内容仅代表作者本人观点，与Solarzoom光伏太阳能网无关。Solarzoom光伏太阳能网对文中观点、陈述判断持中立态度。