一、概括
太阳能是可开发利用的最大能源,太阳能电池是太阳能的主要转化装置,又被称为“太阳能芯片”或“光电池”。目前,全世界60%的国家投入到太阳能电池的普及应用中,其中40%以上的国家已经大规模地开展了太阳能电池的研发利用,太阳能电池行业由于产能过剩,产业和产品向跨界整合已成为新的趋势,薄膜太阳能电池成为缓解能源危机的新型光伏器件之一。
薄膜太阳能电池是指用硅、硫化镉、砷化镓等制备成的厚度在微米量级的薄膜为基体材料,通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
产业链
资料来源:智研咨询整理
从技术角度看,相对于第一代晶体硅太阳能电池,第二代薄膜光伏电池具有柔、薄、轻、透的质地,以及弱光响应性强、高温下相对性能好等优点,薄膜太阳能电池主要划分为硅基薄膜、化合物类薄膜以及有机类薄膜三类。
主要薄膜太阳能电池对比
性能指标 | 非晶硅 | 铜铟镓硒CIGS | 碲化镉CdTe |
光吸收层厚度 | 0.2-0.5μm | <1μm | 1μm |
光吸收能力 | 非直接能隙材料,可吸收的光谱有限 | 直接能隙材料,吸收范围广 | 直接能隙材料,吸收范围广 |
发电稳定性 | 稳定性较差,有光致衰减效应 | 稳定性高,无光致衰减效应 | 稳定性高,无光致衰减效应 |
结构特性 | 短程、长程均无序,微观结构较差,转换效率低,但正因结构全无序,在宏观大尺度上一致性好,可实现大面积及连续化生产。 | 短程有序,长程无序,微观结构好,转换效率较高,但难以实现大面积及连续化生产 | 微观结构较好,转换效率比非晶硅高,也难以实现大面积及连续化生产 |
材料特性 | 原料较为充足 | 1、硒/铟为稀有金属,市场供应有限;2、缓冲层硫化镉具有潜在毒性 | 1、碲为稀有金属,市场供应有限;2、碲、镉为有毒元素 |
材料成本 | 高品质TCO玻璃价格高 | 靶材成本会比基板高 | 材料成本约占5成 |
常见成膜技术 | 1、化学气象沉积法(CVD)2、溅射法(sputter) | 1、溅射法(sputter)2、共蒸法 | 1、蒸镀法(Evaporation)2、适用多种成膜技术 |
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二、产量
智研咨询发布的《2020-2026年中国薄膜太阳能电池行业市场竞争力分析及投资前景趋势报告》数据显示:2018年全球薄膜太阳能电池产量为3.67GW,2019年全球薄膜太阳能电池产量较2018年增加了2.47GW,达到了6.14GW,主要得益于美国FirstSolar产量的大幅增长。
2011-2019年全球薄膜太阳能电池行业产量情况
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2018年全球薄膜电池产量占太阳电池组件总产量比重为3.2%;2019年全球薄膜电池产量占太阳电池组件总产量比重为4.4%,较2018年提升了1.2%。
2018-2019年全球薄膜电池产量占太阳电池组件总产量
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从产品类型来看,2019年碲化镉薄膜电池的产量在薄膜太阳能电池中占比达到92.8%,铜铟镓硒薄膜电池占比为7.2%。
2019年全球各类薄膜电池市场份额占比
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三、企业
全球已有百家以上厂商投入薄膜太阳能电池的研发制造,且数量还有增加的趋势。其中规模较大的企业有美国FirstSolar、日本SolarFrontier、中国汉能、中国中建材凯盛科技、美国汉能Miasole等。
2019年全球主要薄膜太阳能电池企业
企业 | 国别 | 类别 |
FirstSolar | 美国 | CdTe |
SolarFrontier | 日本 | CIS |
汉能 | 中国 | CIGS |
中建材凯盛科技 | 中国 | CIGS |
中建材Avancis | 德国、韩国 | CIGS |
汉能Miasole | 美国 | CIGS |
中山瑞科 | 中国 | CdTe |
汉能Solibro | 德国 | CIGS |
中建材CTFSolar | 德国 | CdTe |
汉能GSE | 美国 | CIGS |
杭州尚越光电 | 中国 | CIGS |
神华Manz | 德国 | CIGS |
杭州龙焱 | 中国 | CdTe |
Ascentsolar | 美国 | CIGS |
Midsummer | 瑞典 | CIGS |
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四、发展展望
有机薄膜太阳能电池作为一种新型光伏电池,其制备工艺简单、价格低廉、柔性、质轻,为人类解决能源问题提供了一种崭新的途径。此前的有机薄膜太阳能电池将两层有机半导体的薄膜接合在一起,其太阳能到电能的转换率约为1%。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜,变成三层构造,这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积,从而大大提高了太阳能转换率,预计未来有机薄膜太阳能电池将会逐步成为太阳能电池的主导。
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