2010-2015年中國銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動態(tài)及投資策略咨詢報告

2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 1 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動態(tài)及投資策略咨詢報告 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 2 報告目錄 第一章 銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池概述 . 13 第一節(jié) 太陽能電池的分類 . 13 一、硅系太陽能電池 . 13 二、多元化合物薄膜太陽能電池 . 14 三、聚合物多層修飾電極型太陽能電池 . 16 四、納米晶化學(xué)太陽能電池 . 16 第二節(jié) 銅銦硒（ CIS）薄膜太陽能電池介紹 . 17 一、 CIS 太陽電池的結(jié)構(gòu) . 17 二、 CIS 電池的特點 . 18 三、生產(chǎn)高效 CIS 太陽電池的難點 . 19 第三節(jié) 銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池介紹 . 19 一、 CIGS 太陽能電池基本概念 . 19 二、 CIGS 太陽電池的結(jié)構(gòu) . 19 三、 CIGS 薄膜太陽電池的優(yōu)勢 . 20 四、 CIGS 薄膜三種制備技術(shù)的特點 . 21 第二章 2009-2010 年世界 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況分析 . 25 第一節(jié) 2009-2010 年世界薄膜太陽能電池的發(fā)展分析 . 25 一、全球薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 . 25 二、三種薄膜太陽能電池進入規(guī)模生產(chǎn) . 28 三、薄膜太陽能電池企業(yè)紛紛布局 . 29 第二節(jié) 2009-2010 年世界 CIGS 薄膜太陽能發(fā)展概況 . 31 一、全球 CIS 薄膜太陽能電池研究概況 . 31 二、全球 CIGS 電池發(fā)展現(xiàn)狀 . 33 三、全球銅銦鎵硒太陽能電池領(lǐng)導(dǎo)廠商發(fā)展概況 . 34 第三節(jié) 2010-2015 年世界 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢分析 . 36 第三章 2009-2010 年世界主要國家 CIGS 薄膜太 陽能電池發(fā)展分析 . 36 第一節(jié) 2009-2010 年世界 CIGS 薄膜太陽能企業(yè)發(fā)展動態(tài) . 36 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 3 一、 IBM 與 TOK 將共同開發(fā)新型 CIGS 太陽能電池 . 36 二、德國 Solibro 開始提供 CIGS 太陽能電池 . 37 三、 IBM 涂布法 CIGS 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率突破 8 . 37 四、 Veeco 公司 CIGS 薄膜太陽能電池設(shè)備獲得訂單 . 38 五、亞化宣布進軍 CIGS 薄膜太陽能領(lǐng)域 . 38 第二節(jié) 2009-2010 年美國 CIGS 薄膜太陽能電池發(fā)展分析 . 39 一、美國 CIGS 化合物太陽能電池研發(fā)狀況 . 39 三、美國 CIGS 化合物太陽能電池廠商商業(yè)化動向 . 40 四、 2009 年美國 CIGS 電池轉(zhuǎn)換效率再創(chuàng)歷史新高 . 41 五、美國發(fā)布 CIGS 型太陽能電池玻璃底板成 膜裝置 . 41 第三節(jié) 2009-2010 年日本 CIGS 薄膜太陽能研發(fā)狀況 . 42 一、日本研制成功 CIGS 太陽電池新制法 . 42 二、 日本采用 CIGS 太陽電池技術(shù)成功試制圖像傳感器 . 42 三、日本量產(chǎn)型 CIGS 型太陽電池模塊光電轉(zhuǎn)換率實現(xiàn) 15.9%. 43 四、日本柔性 CIGS 太陽能電池單元轉(zhuǎn)換率達全球之首 . 43 第四章 2009-2010 年國外 CIGS 太陽電池主要生產(chǎn)企業(yè)運營透析 . 44 第一節(jié) 美國 GLOBAL SOLAR ENERGY INC.（ GSE） . 44 一、 2009 年 GSE 美國 CGIS 太陽能電池生產(chǎn)廠投 產(chǎn) . 44 二、世界最大 CIGS 薄膜太陽能電池陣在 GSE 投入使用 . 44 第二節(jié) 日本的 HONDA SOLTEC CO.,LTD . 45 一、本田 Soltec 開發(fā)出 CIGS 型太陽能電池 . 45 二、本田公布 CIGS 太陽能電池技術(shù) . 46 第三節(jié) 日本 SHOWA SHELL SOLARK.K. . 46 第四節(jié) 美國 NANOSOLAR INC. . 47 一、公司概況 . 47 二、 Nanosolar 量產(chǎn)世界首款使用印刷技術(shù)的 CIGS 太陽能電池 . 47 三、 Nanosolar 開發(fā)出 CIGS 薄膜太陽能電池沉積新法 . 48 第五節(jié) 美國 ASCENT SOLAR TECHNOLOGIES, INC. . 48 一、公司概況 . 48 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 4 二、美國空軍選擇 Ascent 公司繼續(xù)開發(fā) CIGS 疊層太陽電池 . 56 三、 Ascent Solar CIGS 薄膜組件已開始量產(chǎn) . 56 第五章 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)運行形勢分析 42 . 57 第一節(jié) 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述 . 57 一、中國 CIGS 薄膜太陽能電池研發(fā)概況 . 57 二、我國臺灣 CIGS 薄膜太陽電池研制獲重大突破 . 58 三、 2009 年 CIGS 薄膜太陽能組件項目落戶廣州白云區(qū) . 58 第二節(jié) 2009-2010 年臺灣 CIGS 薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)運行分析 43 . 60 一、臺灣正峰 CIGS 薄膜太陽能已完成試產(chǎn) . 60 二、臺灣錸德 CIGS 薄膜太陽能電池技術(shù)獲重大突破 . 60 三、臺灣八陽光電對 CIGS 等薄膜電池的研發(fā)情況 . 61 第三節(jié) 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題分析 . 62 第六章 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池的技術(shù)分析 . 63 第一節(jié) CDTE 和 CIGS 薄膜太陽能電池技術(shù)分析 . 63 一、 CdTE 和 CIGS 兩種薄膜太陽能工藝概述 . 63 二、 CIGS 和 CdTe 兩種光伏電池工藝存在的亮點 . 64 三、 CIGS 和 CdTe 兩種光伏電池工藝面臨的難題 . 66 第二節(jié) 2009-2010 年中國相關(guān)材料對 CIGS 太陽電池的影響 . 69 一、 Ga 對 CIGS 薄膜太陽能電池性能的影響 . 69 二、 Na 對 CIGS 太陽能電池的影響 . 71 三、 OVC 薄膜材料對 CIGS 太陽能電池的影響 . 72 第三節(jié) 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池的研究重 點 . 73 一、小面積單電池技術(shù) . 73 二、基板的可撓性 . 74 三、大面積模板的實用化 . 75 四、中國 CIGS 薄膜太陽能電池發(fā)展分析 . 75 第七章 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)市場競爭格局分析 76 第一節(jié) 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池競爭現(xiàn)狀分析 . 76 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 5 一、 CIGS 薄膜太陽能電池技術(shù)競爭分析 . 76 二、 CIGS 薄膜太陽能電池價格競爭分析 . 77 第 二節(jié) 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)重點地區(qū)格局分析 77 一、薄膜太陽能電池市占有率 . 77 二、 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)集中度分析 . 77 三、 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)重點省市分析 . 78 第三節(jié) 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)提升競爭力策略分析. 79 一、戰(zhàn)略綜合規(guī)劃 . 79 二、技術(shù)開發(fā)戰(zhàn)略 . 80 三、區(qū)域戰(zhàn)略規(guī)劃 . 81 四、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃 . 83 五、營銷品牌戰(zhàn)略 . 83 六、競爭戰(zhàn)略規(guī)劃 . 84 第八章 2009-2010 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢企業(yè)競爭力分析. 86 第一節(jié) 孚日集團股份有限公司 . 86 一、公司概況 . 86 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 87 三、公司盈利能力及償債能力分析 . 88 四、公司成長能力 . 91 五、公司競爭力分析 . 101 第二節(jié) 安泰科技股份有限公司 . 101 一、公司概況 . 101 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 102 三、公司盈利能力及償債能力分析 . 105 四、公司成長能力 . 114 五、公司競爭力分析 . 120 第三節(jié) 保定天威保變電氣股份有限公司 . 121 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 6 一、公司概況 . 121 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 122 三、公司盈利能力及償債能力分析 . 127 四、公司成長能力 . 131 五、公司競爭力分析 . 138 第四節(jié) 無錫尚德太陽能電力有限公司 . 138 一、公司簡介 . 138 二、公司主要財務(wù)及主要指標分析 . 139 三、公司成本費用情況 . 142 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 145 第五節(jié) 中電電氣（南京）光伏有限公司 . 145 一、公司簡介 . 145 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 146 三、公司成本費用情況 . 149 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 154 第六節(jié) 江蘇林洋新能源有限公司 SOLF. 154 一、公司簡介 . 154 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 155 三、公司成本費用情況 . 161 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 163 第七節(jié)江西賽維太陽能高科技有限公司 . 163 一、公司簡介 . 163 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 164 三、公司成本費用情況 . 167 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 169 第八節(jié) 常州天合光能有限公司 TSL. 170 一、公司簡介 . 170 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 170 三、公司成本費用情況 . 174 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 7 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 176 第九節(jié) 河北晶澳太陽能有限公司 JASO. 177 一、公司簡介 . 177 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 178 三、公司成本費用情況 . 181 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 183 第十節(jié) 阿特斯光伏電子（常熟）有限公司 CSI. 184 一、公司簡介 . 184 二、公司主要財務(wù)指標分析 . 185 三、公司 成本費用情況 . 189 四、公司未來戰(zhàn)略分析 . 191 第九章 2009-2010 年中國薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)運行走勢分析 . 191 第一 節(jié) 2009-2010 年中國薄膜太陽能電池發(fā)展分析 . 191 一、薄膜太陽能電池異軍突起 . 191 二、中國薄膜電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 . 192 三、我國薄膜太陽能電池的發(fā)展將使平價上網(wǎng)提早實現(xiàn) . 195 四、國家政策對薄膜太陽能電池今后發(fā)展方向 . 196 五、金融危機下薄膜太陽能電池成長性仍將看好 . 197 第二節(jié) 2009-2010 年中國薄膜太陽能電池面臨的問題及對策 . 198 一、我國薄膜電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸 . 198 二、薄膜太陽能電池效率和可靠性仍待提高 . 198 三、我國薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈有待完善 . 200 四、中國薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)有待政策支持 . 201 五、薄膜太陽能電池的發(fā)展方向 . 201 六、提高薄膜太陽能電池效率的方法 . 202 第十章 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測分析 204 第一節(jié) 2010-2015 年中國薄膜太陽能電池行業(yè)發(fā)展前景分析 . 204 一、薄膜太陽能電池前景展望 . 204 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 8 二、薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)前景廣闊 . 204 三、非晶硅薄膜電池發(fā)展空間巨大 . 204 第二節(jié) 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池市場前景分析 . 205 一、 CIGS 薄膜太陽能電池具有較大發(fā)展?jié)摿?. 205 二、 2015 年薄膜太陽能電池市場格局展望 . 207 三、 CIGS 薄膜太陽能銷售市場預(yù)測 . 209 第三節(jié) 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池市場盈利預(yù)測分析 . 210 第十一章 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池投資機會與風(fēng)險分析 211 第一節(jié) 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)投資環(huán)境分析 . 211 第二節(jié) 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè) 投資機會分析 . 212 一、薄膜太陽能電池成投資趨熱 . 212 二、金融危機下薄膜太陽能電池成風(fēng)投新寵 . 213 三、 CIGS 薄膜太陽 能電池商機龐大 . 214 第三節(jié) 2010-2015 年中國 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)投資風(fēng)險分析 . 214 一、市場運營風(fēng)險 . 214 二、技術(shù)風(fēng)險 . 214 三、政策風(fēng)險 . 215 四、進入退出風(fēng)險 . 215 第四節(jié) 專家投資建議 . 216 一、技術(shù)應(yīng)用注意事項 . 216 二、項目投資注意事項 . 216 三、生產(chǎn)開發(fā)注意事項 . 217 四、銷售注意事項 . 218 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 9 圖表目錄 圖表：太陽能電池產(chǎn)品分類 . 14 圖表：晶體硅電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈 . 14 圖表： CIS 薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖 . 14 圖表：三種柔性薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率的比較 . 15 圖表：結(jié)合目前電池性能對未來組件效率和成本的預(yù)測 . 16 圖表：典型 CIS 太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖 . 17 圖表： CIS 薄膜的制備 . 18 圖表：薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu) . 20 圖表：生成 CIGS 薄膜的電化學(xué)反應(yīng)過程 . 23 圖表：美國 CIGS 太陽能業(yè)者制程技術(shù)路線與產(chǎn)能規(guī)畫 . 40 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 美國 ASCENT SOLAR TECHNOLOGIES 主要財務(wù)指標 . 48 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 美國 ASCENT SOLAR TECHNOLOGIES 賬款及費用. 51 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 美國 ASCENT SOLAR TECHNOLOGIES 凈利潤 . 54 圖表：不同組成的 CDTE 器件和以 CU(IN,GA,AL)(SES)2 為基的器件的最佳效率數(shù)據(jù) . 64 圖表：一些知名公司所產(chǎn)不同尺寸的 CIGS； CIGS 和 CDTE 組件商品的最大效率和功率作了比較 . 65 圖表：各種工藝的指標 . 68 圖表：一維 CIGS 吸收層帶隙情況 . 69 圖表：各類型太陽電池模組的轉(zhuǎn)換效率目標 . 73 圖表：國外及港臺主要生產(chǎn) CIGS 薄膜電池的公司 . 78 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 10 圖表：國內(nèi)重點省市目前 CIGS 薄膜電池規(guī)模 . 78 圖表： 2009 年 Q3-2010 年 Q1 孚日集團股份有限公司主要財務(wù)指標 . 87 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 孚日集團股份有限公司資產(chǎn)負債 . 88 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 孚日集團股份有限公司營業(yè)收入 . 91 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q2 孚日集團股份有限公司現(xiàn)金流量 . 95 圖表： 2009 年 Q1-2009 年 Q4 安泰科技股份有限公司主要財務(wù)指標 . 102 圖表： 2009 年 Q3-2010 年 Q1 安泰科技股份有限公司 . 105 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 安泰科技股份有限公司現(xiàn)金流量 . 108 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 安泰科技股份有限公司資產(chǎn)負債 . 114 圖 表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 保定天威保變電氣股份有限公司主要財務(wù)指標 . 122 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 保定天威保變電氣股份有限公司盈利能力及償債能力 . 127 圖表： 2009 年 Q2-2010 年 Q1 保定天威保變電氣股份有限公司資產(chǎn)負債. 131 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 無錫尚德太陽能電力有限公司主要財務(wù)及主要指標 . 139 圖表： 2009 年無錫尚德太陽能電力有限公司凈利潤 . 141 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 無錫尚德太陽能電力有限公司各種費用. 142 圖表： 2008 年 Q4-2009 年 Q4 中電電氣（南京）光伏有限公司主要財務(wù)指標 . 146 圖表： 2008 年 Q4-2009 年 Q4 中電電氣（南京）光伏有限公司成本 費用. 149 圖表： 2006 年 -2009 年中電電氣（南京）光伏有限公司資產(chǎn)負債 . 152 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 江蘇林洋新能源有限公司主要財務(wù)指標. 155 圖表： 2010 年 Q1 江蘇林洋新能源有限公司利潤 . 158 圖表： 2006 年 -2009 年江蘇林洋新能源有限公司現(xiàn)金流 . 159 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 11 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 江蘇林洋新能源有限公司各種賬款費用. 161 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 江西賽維太陽能高科技有限公司主要財務(wù)指標 . 164 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 江西賽維太陽能高科技有限公司各種賬款及費用 . 167 圖表： 2008 年 Q4-2009 年 Q4 常州天合光能有限公司主要財務(wù)指標 . 170 圖表： 2008 年 -2009 年常州天合光能有限公司現(xiàn)金流量 . 173 圖表： 2008 年 Q4-2009 年 Q4 常州天合光能有限公司賬款及費用 . 174 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 河北晶澳太陽能有限公司主要財務(wù)指標. 178 圖表： 2009 年河北晶澳太陽能有限公司凈利潤 . 180 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 河北晶澳太陽能有限公司賬款及費用 . 181 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 阿特斯光伏電子（常熟）有限公司主要財務(wù)指標 . 185 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 阿特斯光伏電子（常熟）有限公司凈利潤. 187 圖表： 2009 年 Q1-2010 年 Q1 阿特斯光伏電子（常熟）有限公司賬款及費用 . 189 圖表：薄膜電池實驗室研究現(xiàn)狀國內(nèi)外比較 . 194 圖表：薄膜電池產(chǎn)品性能國內(nèi)外比較 . 194 圖表： 3 種柔性薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的比較 . 199 圖表：組件成本與產(chǎn)能、光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系 . 199 圖表：結(jié)合目前電池性能對未來組件效率和成本的預(yù)測 . 199 圖表： CIGS 薄膜太陽能電池的目前最高水平 . 200 圖表：中國（包括大陸與臺灣地區(qū)）投入薄膜太陽能領(lǐng)域廠商一覽表. 205 圖表：各種薄膜技術(shù)的比較 . 207 圖表：晶體硅電池與非晶硅電池受溫度的影響功率下降的分布示意圖2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 12 . 207 圖表：非晶硅與晶體硅在材料和制作工藝成本的對比 . 208 圖表：傳統(tǒng)能源耗盡年份 . 208 圖表：各類型太陽能電池市場占有率預(yù)測 . 209 圖表： 2010-2014 年影響 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)品行業(yè)運行的有利因素. 211 圖表： 2010-2014 年影響 CIGS 薄膜太陽能電池產(chǎn)品行業(yè)運行的穩(wěn)定因素. 211 圖表：近年已獲得風(fēng)險投資的薄膜太陽能電池企業(yè) . 212 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 13 第一章 銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池概述 第一節(jié) 太陽能電池的分類 太陽能光伏電池 (簡稱光伏電池 )用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前世界各國正在研究的太陽電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率略低，但價格更便宜。另外，還有其他類型的太陽電池。 一、 硅系太陽能電池 1.單晶硅太陽電池 單晶硅太陽電池是當前開發(fā)最快的一種太陽電池，它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求 99.999%以上。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過復(fù)拉制成太陽電池專用的單晶硅棒。 單晶硅太陽電池的單體片制成后，經(jīng)過抽查檢驗，即可按需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。 2.多晶硅太陽電池 多晶硅太陽電池使用的材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠 可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率在 12%左右，稍低于單晶硅太陽電池，但其材料制造簡便，電耗低，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到廣泛應(yīng)用。 3.非晶硅太陽電池 非晶硅太陽電池是新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低，非常吸引人。 非晶硅太陽電池的結(jié)構(gòu)各有不同，但可以通過連續(xù)生產(chǎn)方式實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。同時，非晶硅太陽電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 14 一次制作多個串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓?，F(xiàn)在日本生產(chǎn)的非晶硅串聯(lián)太陽電池可達 2.4 伏。非晶硅太陽電池存在的問題是光電轉(zhuǎn)換率偏低，且不夠穩(wěn)定，所以尚未大量用作大型太陽能電源，多半用于如袖珍式電子計算器，電子鐘表及復(fù)印機等產(chǎn)品。 圖表：太陽能電池產(chǎn)品分類 資料來源 ：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 圖表：晶體硅電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 二、多元化合物薄膜太陽能電池 多元化合物太陽電池是指用非單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽電池?，F(xiàn)在各國研究的品種繁多，主要有硫化鎘太陽電池、砷化鎵太陽電池、銅引銦硒太 陽電池幾種，雖然大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，但預(yù)示著光電轉(zhuǎn)換的滿園春色。 圖表： CIS 薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 15 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 圖表：三種柔性薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率的比較 材料體系 實驗室研究水平 產(chǎn)品達到的轉(zhuǎn)換效率 非晶硅（ a-Si） 15.5% 610% 碲化鎘（ CdTe） 16.5% 610% 銅銦鎵硒化合物（ CIGS或 CIS） 19.9% 1013% 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 16 圖表：結(jié)合目前電池性能對未來組件效率和成本的預(yù)測 技術(shù) 未來商業(yè)化組件效率 （當前實驗室水平的 80%） 未來綜合性能（以標準硅電池未來商業(yè)化效率為參照標準） 未來商業(yè)化成本指標 硅（非標準） 19.8% 1.18 0.85（競爭力強） 硅（標準） 17.0% 1.00 1.00（標準） 銅銦硒（ CIS） 15.9% 0.92 0.54（競爭力很強） 碲化鎘（ CdTe） 13.2% 0.78 0.64（競爭力很強） 非晶硅（單結(jié)） 8.0% 0.47 1.06（一般） 非晶硅（三結(jié)或雙結(jié)） 9.7% 0.57 0.88（競爭力強） 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 三、聚合物多層修飾電極型太陽能電池 聚光是降低太陽電池利用總成本的一種措施。通過積光器使較大面積的陽光聚在一個較小的范圍內(nèi)，以增加光強，獲得更多的電能輸出。通常聚光器的倍率大于幾十，其結(jié)構(gòu)可采用反射式或透鏡式。聚光器的跟蹤一般用光電自動跟蹤。散熱方式可以是氣冷或水冷，有的與熱水 器結(jié)合，既獲得電能，又得到熱水。 用于聚光太陽電池的單體，與普通太陽電池略有不同，因需耐高倍率的太陽輻射，特別是在較高溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得到保證，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計等方面都要進行一些特殊考慮。最理想的材料是砷化鎵，其次是單晶硅材料。 四、納米晶化學(xué)太陽能電池 納米晶 TiO2 工作原理：染料分子吸收 太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 17 定，電子快速注入到緊鄰的 TiO2 導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補償，進入 TiO2 導(dǎo)帶中的電于最終進入導(dǎo)電膜，然后通過外回路產(chǎn)生光電流。特點：廉 價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在 10以上，制作成 本僅為硅太陽 電池的 1/5 1/10壽命能達到 2O 年以上。 第二節(jié) 銅銦硒（ CIS）薄膜太陽能電池介紹 一、 CIS 太陽電池的結(jié)構(gòu) 自 70 年代以來，為了大幅度降低太陽電池的成本，光伏界一直在研究開發(fā)薄膜電池，并先后開發(fā)出硅基薄膜電池（非晶硅太陽能電池。微晶、多晶硅薄膜太陽能電池）、硫化鎬（ CdTe）電他，銅鋼硒（ CIS）電池等。 1976 年，第一個 CIS 多晶薄膜太陽能電池的誕生，真正激勵了各國研究者。研究中，人們通過合金化合物 Cu(Ga， In)Se2 和 CuIn(S， Se)2 的成功制備，將原有 CIS 光伏材料的禁帶寬度增大，使其更接近光伏轉(zhuǎn)換最佳值約 1.4eV ，在提高轉(zhuǎn)換效率的同時獲得了更高的開路電壓。 對高效多晶薄膜太陽能電池分析測試研究的結(jié)果表明，電池的轉(zhuǎn)換效率是由活性吸收材料 (如 CuInSe2) 中載流子的復(fù)合來控制。同時多數(shù)載流子在晶界邊緣的復(fù)合也是造成多晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率降低的另一重要原因。在多年研究結(jié)果的基礎(chǔ)上， 2000 年西門子公司正式生產(chǎn)了 圖表： 典型 CIS 太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 CIS 體的材料： 一般將 CuInSe2 和它的擴展材料都統(tǒng)稱為 CIS 材料。 CIS 單晶的主要制備方法有水平布里奇曼法、移動加熱法、硒化液相 Cu-In 合金法、溶液法和水平梯度2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 18 區(qū)冷卻法。 CIS 薄膜的制備： CIS 薄膜的制備方法多種多樣，大致可以歸為三類 : CuIn 的合金過程和 Se化分離； Cu、 In、 Se 一起合金化； CuInSe2 化合物的直接噴涂。主要的制備技術(shù)包括 :真空蒸鍍、電沉積、反應(yīng)濺射、化學(xué)浸泡、快速凝固技術(shù)、化學(xué)氣相沉積、分子束外延、噴射熱解等。其中蒸鍍法所制備的 CIS 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高。另外，電沉積 工藝也以其簡單低廉的制作過程得到了廣泛研究，有相當?shù)膽?yīng)用前景。 圖表： CIS 薄膜的制備 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 二、 CIS 電池的特點 1.低成本 CIS 電池采用了廉價的 Na-Lime 玻璃做襯底，采用濺射技術(shù)為制備的主要技術(shù)，這樣 Cu， In， Ga， Al， Zn 的耗損量很少，對大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)而言，如能保持比較高的電池的效率，電池的價格以每瓦計算會比相應(yīng)的單晶硅和多晶硅電池的價格低得多。 2.高效率 禁帶寬度（ 1.1eV）適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換；容易形成固溶體以控制禁帶寬度的特點，目前實驗室樣片 效率達到 18.8。 3.可大規(guī)模生產(chǎn) 近二十年的研究表明， CIS 電池的界面是化學(xué)穩(wěn)定的；亞穩(wěn)態(tài)缺陷對載流子有正面的影響；而 Cu 漂移是可逆的，它的漂移緩解了在材料中的化學(xué)勢產(chǎn)生的2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 19 缺陷梯度，這種適應(yīng)性使其有很好的抗輻照和抗污染能力，從而具備大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢。 三、生產(chǎn)高效 CIS 太陽電池的難點 （ 1）多層薄膜的制備技術(shù)，及薄膜厚度和摻雜的均勻控制。 （ 2）高質(zhì)量多晶薄膜的制備，產(chǎn)生致密性粒徑大于 1 微米 CIS 薄膜。 （ 3）大面積生產(chǎn)的穩(wěn)定性。 第三節(jié) 銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池介紹 一、 CIGS 太陽能 電池基本概念 以銅銦鎵硒為吸收層的高效薄膜太陽能電池，簡稱為銅銦鎵硒電池 CIGS 電池。其典型結(jié)構(gòu)是： Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。（多層膜典型結(jié)構(gòu)：金屬柵 /減反膜 /透明電極 /窗口層 /過渡層 /光吸收層 /背電極 /玻璃） CIGS 薄膜電池組成可表示成 Cu(In1-xGax)Se2 的形式，具有黃銅礦相結(jié)構(gòu)，是 CuInSe2 和 CuGaSe2 的混晶半導(dǎo)體。 二、 CIGS 太陽電池的結(jié)構(gòu) CIGS 光電池其結(jié)構(gòu)有別于非晶型硅光電池，主要再于光電層與導(dǎo)電玻璃間有一緩沖層（ buffer layer），該層材質(zhì)通常為硫化鉻（ CdS）。其載體亦可使用具可撓性材質(zhì)，因此制程可以 roll-to-roll方式進行。目前商業(yè)化制程是由 shell solar所開發(fā)出來，制程中包含一系列真空程序，造成硬件投資與制造成本均相當高昂，粗估制程投資一平方米約需 US$33。實驗室常用的同步揮發(fā)式制程，放大不易，可能不具商業(yè)化可行性。另一家公司， ISET，已積極投入開發(fā)非真空技術(shù)，嘗試利用奈米技術(shù)，以類似油墨制程（ ink process）制備層狀結(jié)果，據(jù)該公司報導(dǎo)，已獲初步成功，是否能發(fā)展成商業(yè)化制程，大家正拭目以待。另 外，美國 NREL亦成功開發(fā)一種三步驟制程（ 3-stage process），在實驗室非常成功，獲得 19.2光電效率的太陽能電池。不過由于該制程相當復(fù)雜，花費亦大，咸認放大不易。 在高轉(zhuǎn)換效率 CuIn。一 Ga Se2(簡稱 CIGS)薄膜太陽電池中，電池的結(jié)構(gòu)一般為：玻璃 M0 CIGs CdS i ZnO ZnO： Al N i A，如圖所示。 2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 20 圖表：薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu) 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 其中， CIGS 是 p 型半導(dǎo)體，帶隙寬度為 1 04 1 24eV( =00 4)，作為太陽電池的吸收 層； i ZnO 是高阻 n 一型半導(dǎo)體和 ZnO： A1 摻雜的低阻透明導(dǎo)電層一起作為窗口層，帶隙寬度為 3 37eV， CdS 作為緩沖層，其禁帶寬度為2 40eV。如果由 CIGS 與 ZnO 直接接觸形成 P n 結(jié)，它們帶隙相差太大，且由于它們晶格常數(shù)也相差較大，直接接觸的晶格匹配不好，影響光伏電池的輸出性能。因此，在 CIGS 和 ZnO 之間增加一層很薄的 CdS(約 50nm)作為緩沖層，形成 CIGS CdS ZnO 結(jié)構(gòu)，其能帶組成如圖所示 J?；瘜W(xué)水浴法沉積的 CdS具有無針孔、結(jié)構(gòu)致密的特點，與 CIGs 薄膜的晶格失配較低，約為 1 4 l3。此外，它能夠完整地包覆在粗糙的 CIGS 表面，有效地阻止濺射 ZnO 對 CIGS 薄膜的損傷，消除由此引起的電池短路現(xiàn)象，同時通過薄膜中 Cd 原子擴散到 CIGS表面有序缺陷層進行微量摻雜，改善異質(zhì)結(jié)的特性。 三、 CIGS 薄膜太陽電池的優(yōu)勢 （ 1） CuInSe2 中 In用 Ga 替代，可以使半導(dǎo)體的禁帶寬度在 1.04 1.65eV 間變化，適合于調(diào)整和優(yōu)化禁帶寬。如在膜厚的地方調(diào)整 Ga 的含量，形成梯度帶隙半導(dǎo)體，會產(chǎn)生背表面場效應(yīng)，可獲得更多的電流輸出；使 pn 結(jié)附近的帶隙2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 21 提高，形成 V 字形帶隙分布。能進行這種 帶隙裁剪是 CIGS 系電池相對于 Si系和 CdTe 系電池的最大優(yōu)勢。 （ 2） CIGS 可以在玻璃基板上形成缺陷很少的、晶粒巨大的、高品質(zhì)結(jié)晶。這種晶粒尺寸是其他多晶薄膜無法達到的。 （ 3） CIGS 是已知半導(dǎo)體材料中光吸收系數(shù)最高的，達到 105/cm （ 4） CIGS 是一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料，最適合薄膜化。同時由于極高的光吸收系數(shù)，電池吸收層的厚度可以降低 2 3，這樣就降低原材料的消耗。 （ 5） CIGS 的 Na 效應(yīng)。 Na 等堿金屬是 Si系半導(dǎo)體中的殺手，但在 CIGS系中，微量的 Na 會提高轉(zhuǎn)換效率和成品率，所以 使用鈉鈣玻璃作為基板，除了成本問題，也有 Na 摻雜的考慮。 （ 6）沒有光致衰退效應(yīng)（ SWE）的半導(dǎo)體材料，光照會提高 CIS 的轉(zhuǎn)換效率，因此此類太陽能電池的工作壽命長。 CIGS 電池中所涉及的薄膜材料的制備方法主要是濺射方法和化學(xué)浴方法，這些方法均可以獲得均勻大面積的薄膜，同時又為降低成本奠定了基礎(chǔ)。 四、 CIGS 薄膜三種制備技術(shù)的特點 目前， CIGS 的制備方法主要為真空蒸發(fā)法、濺射法和電沉積法。真空蒸發(fā)法是較為傳統(tǒng)的方法，在制作過程中能夠有效地控制薄膜的成分。電沉積法是一種低溫沉積方法，且是一種最具潛 力的低成本制備 CIGS 先驅(qū)薄膜的方法，在制備過程中，可以有效地控制薄膜的厚度、化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及孔隙率，而且設(shè)備投資少、原材料利用率高、工藝簡單、易于操作，但要想通過該方法制備理想的具有復(fù)雜組成的薄膜材料較為困難。濺射法一般通過濺射 CuIn 和 CuGa 沉積CuInGa 合金薄膜預(yù)制層，然后硒化制得。 1.真空蒸發(fā)法 真空蒸發(fā)法按照蒸發(fā)熱源數(shù)目的多少可分為單源蒸發(fā)法、雙源蒸發(fā)法和三源蒸發(fā)法。所謂單源蒸發(fā)就是利用單一熱源 (如熱絲 )加熱 CIS(CIGS)合金，使之蒸發(fā)沉積到玻璃基片上，獲得 CIS(CIGS)薄膜。此方法 的優(yōu)點是設(shè)備簡單，缺點是要先期合成 CIS(CIGS)合金作為蒸發(fā)源，不易控制組分和結(jié)構(gòu)。雙源蒸發(fā)即分別利用 Cu。 Se2 和 In2Ses，或者 CIS(CIGS)和 Se 兩種熱源，蒸發(fā)后沉積在基片上，2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 22 獲得單相薄膜，此方法較單源法易于控制薄膜的組分和結(jié)構(gòu)。三源蒸發(fā)即利用 3種熱源使 Cu、 In和 se 分別蒸發(fā)后共同沉積到基片上。采用三源蒸發(fā)的關(guān)鍵是要控制三者蒸發(fā)和沉積的速率，以獲得預(yù)期的成分。此方法的特點是易于控制組分和結(jié)構(gòu)，與前兩種方法相比，不用合成蒸發(fā)源材料。三源蒸發(fā)是當前應(yīng)用最廣、研究最多的方法。蒸發(fā)過程中 Cu、 In、 Ga 和 Se 的蒸發(fā)速率和蒸發(fā)質(zhì)量是決定元素配比和晶相結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。大量試驗表明，蒸發(fā)法制備 CIS 薄膜的成分不僅與蒸發(fā)源物質(zhì)的成分有關(guān)，還受襯底溫度、蒸發(fā)速率和退火溫度的影響。若在高溫襯底下蒸發(fā)，必須在 Se 氣氛中進行；或者先在低襯底溫度下蒸發(fā) Cu 或 In，然后在 Se 氣氛中提高襯底溫度 (只有成為硒化物時，即使襯底溫度達到 823K，也不會出現(xiàn)反蒸現(xiàn)象 )。影響 CIS 和 CIGS 薄膜形貌和結(jié)構(gòu)的主要因素是 Cu In(或In+Ga)的配比，接近 1； 1 配比的薄膜除硬度大些外，其晶粒大，表面平整，與Mo 有好的附著性。成膜后的 Cu： In 比值不僅與 Cu 和 In 的原始投人量和蒸發(fā)速率 (包括 Se)有關(guān)，還與襯底的加熱過程緊密相關(guān)。 蒸發(fā)法制備 CIS 薄膜工藝復(fù)雜、重復(fù)性較差，在較大的面積上控制實際流量也不容易，反應(yīng)速度慢，成本較高，因此不適合大規(guī)模生產(chǎn)。這也進一步限制了蒸發(fā)法制備 CIS 和 CIGS 薄膜的應(yīng)用。 2.濺射法 濺射過程可定義為因受到高能投射粒子的撞擊而引起的靶粒子噴射。該技術(shù)是物理過程而不是化學(xué)過程，因此極適于生長熔點和蒸氣壓都不大相同的元素所構(gòu)成的化合物、合金以及大面積薄膜的沉積。 Cu、 In和 Se 蒸氣可由高能惰性離子轟擊電極或陰極 表面，使原子運動噴出而形成。濺射的原子在襯底上沉積，形成薄膜。由于濺射原子與撞擊離子數(shù)量成正比，這一過程可簡單而精確地控制薄膜的沉積速率。與蒸發(fā)方法相比，濺射方法可以比較可靠地調(diào)節(jié)各元素的化學(xué)配比，使制得的 CIGS 薄膜更能滿足制備 Cu-rich 和 In-rich 雙層結(jié)構(gòu)的要求。 (1)粉末濺射 (RF) Piekoszewski 等采用濺射法在襯底溫度為 293793K 時，細粒粉末濺射形成貧 Se、富 In 的多相薄膜。單相化學(xué)計量比的 CulnSe2 薄膜可由粗粒粉末在對陰極形成。 Tsub 為 323627K，制備的薄膜是 閃鋅礦型； 為 770K 左右，生成的晶粒大小為 1 肛 m，具黃銅礦結(jié)構(gòu)。 Samaan 等觀察到 RF 法粉末粒度和電壓對薄2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 23 膜的結(jié)構(gòu)和電阻均具有較大的影響。他在 673K 時制備了黃銅礦結(jié)構(gòu)的薄膜，并發(fā)現(xiàn)當 Ts 713K 時，盡管晶體顆粒增大，但薄膜質(zhì)量降低。該法的沉積速率雖然能夠控制，但是沉積速率非常低。 (2)反應(yīng)磁控濺射 Cu+ In+ 2H2 S CulnSe2+2H2 該法可以沉積出高質(zhì)量的 CulnSe2 薄膜，單相薄膜可在 Ar+H2Se 的條件下通過 Cu、 In 反應(yīng)濺射沉積而形成， 曲一 673K。當Ts 較高時，將形 成過量 In， In 被二次濺射，達到化學(xué)計量比。該法可合成大顆粒高純度的 CulnSe2。其最大的缺點是合成過程中需排出大量反應(yīng)生成的氫氣，同時要安全地輸送毒性很大的 Hzse。磁控管反應(yīng)濺射是生產(chǎn)小面積 (2 5cm2 5cm)薄膜頗有前途的技術(shù)，但是作為 Se 源的 HzSe 氣體有毒，限制了該法的廣泛應(yīng)用。 3. 低溫沉積法 在低溫沉積中，電沉積法是一種低成本制造 CIGS 先驅(qū)薄膜的最有潛力的方法。 (1)沉積 CIGS 薄膜的原理 CIGS 薄膜中，每一種元素都具有不同的電化學(xué)性能，并且都需要在溶液中共沉積，這就使得整個系 統(tǒng)變得非常復(fù)雜。 4 種元素的沉積電位相差很大，其中Ga 的還原最為困難。因此通常需要通過優(yōu)化溶液條件使它們的沉積電位盡可能地接近以達到共沉積結(jié)晶的目的。 圖表：生成 CIGS 薄膜的電化學(xué)反應(yīng)過程 資料來源：中國光伏協(xié)會及相關(guān)資料整理 式中： M 是金屬 Cu、 In和 Ga； x、 Y 是原子或離子數(shù)； 是電子數(shù)或價數(shù)。 (2)影響電沉積制備半導(dǎo)體 CIS(CIGS)薄膜的因素 因為電化學(xué)共沉積是多相 (固液相均為多相 )交界面的物質(zhì)基本粒子與物質(zhì)顆粒的復(fù)合運動與交換，那么就有諸多影響因素。影響電沉積薄膜質(zhì)量的主要因2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 24 素包括電壓、電 解質(zhì)濃度配比、溶液的 pH 值及其沉積溫度、基體材料的選擇等。在制備過程中，上述參量中有一種發(fā)生變化，都將對制備的薄膜的性能及結(jié)構(gòu)造成很大的影響，并會因此而改變沉積層的成分。 電壓的影響 電沉積一般有恒電壓和恒電流兩種方式，一般采用恒電壓電沉積制備 CIS和 CIGS 薄膜。電壓的調(diào)整可以改變沉積的速度，沉積速度較慢時得到的薄膜表面形態(tài)好，與基底結(jié)合較好，不容易脫落起皮。 電解質(zhì)濃度配比 在溶液中，離子的濃度越高，其對應(yīng)的電極電位就越大，將首先沉積出來，即在沉積成分中的含量高。反之，濃度越低，電極電位就越小， 沉積出來的就少。調(diào)節(jié)離子濃度的比值，可以縮小它們之間的電極電位差值。這種調(diào)整一般可用化學(xué)平衡 (酸堿平衡、沉淀及溶解平衡、絡(luò)合平衡等 )來實現(xiàn)。電解質(zhì)溶液中各種離子的濃度對膜的成分有直接影響 _2 ，但溶液中離子濃度的比值未必與薄膜設(shè)定組成相同。但鍍液中離子濃度的比例愈高，在膜中的比例也愈高。 溶液的 pH 值 當有 H 參加電極反應(yīng)時， pH 值的大小直接影響到不同元素的離子能否在陰極上共沉積以及沉積薄膜中不同元素原子的比例，而且電解質(zhì)溶液的酸度也決定被還原物質(zhì)的氧化態(tài)和還原態(tài)的形式，溶液的 pH 值對電化學(xué)反應(yīng)和成膜反應(yīng) 都有較大的影響，通常只有在一定的 pH 值范圍內(nèi)才能形成指定結(jié)構(gòu)的膜材料。在調(diào)整沉積物物理特性的問題上， pH 值比其它因素更加重要。 溫度 溫度會影響遷移率、擴散速率，并常常對絡(luò)合物的機制和穩(wěn)定性有影響，這可能使添加劑分解。溫度的升高一般將增加膜內(nèi)惰性較強金屬成分的含量。但是由于溫度改變時會造成一些間接的影響，如改變了絡(luò)合物溶液的組成等，故情況稍微復(fù)雜些。通常沉積溫度保持在室溫條件下。 基體材料的選擇 在不同的基體材料上，離子的沉積電位是不同的，電沉積制備的薄膜將會有不同的表面形貌。主要原因包括：基體表面上 晶核的生成及長大速度不能控制；使用基體的晶體結(jié)構(gòu)不規(guī)則 (一般為多晶結(jié)構(gòu) )；基體與沉積層的晶格常數(shù)不一2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 25 致；基體材料中的雜質(zhì)將會影響膜的質(zhì)量。所以只有選擇適當?shù)幕w材料才能制備出良好的薄膜。 電沉積在原理上比較簡單，但在電化學(xué)方面變得很復(fù)雜，因為除了沉積出三元 (四元 )的 CIS(CIGS)外，還有可能沉積出單一元素或者其他二元素相。 GuUlen等用 XRD 和選擇化學(xué)刻蝕的方法確定 CuSe和 InSe化合物是前驅(qū)物膜的主要雜相。一般采用電沉積法制備 CIGS 薄膜，要與蒸發(fā)法或濺射法結(jié)合起來調(diào)整元素配比，才能得到高質(zhì) 量的薄膜 _2 。 第二章 2009-2010年世界 CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況分析 第一節(jié) 2009-2010年世界薄膜太陽能電池的發(fā)展分析 一、 全球薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 2008 年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量達 892 MW，同比增長 123%，而在 2007年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量達到 400 MW，也較 2006 年的 181 MW 增長 120%。產(chǎn)量增速連續(xù)兩年超過 120%，顯示了薄膜太陽能電池極為強勁的發(fā)展勢頭。 作為傳統(tǒng)太陽能制造大國的日本，由于 2008 年全球硅原料需求暢旺導(dǎo)致價格高漲，其太陽能電池廠 商紛紛轉(zhuǎn)往材料成本低的薄膜領(lǐng)域發(fā)展。 2008 年日本薄膜太陽能電池產(chǎn)能達 440.5 MW，同比增長 133.7%。 從目前全球太陽能電池的發(fā)展趨勢來看，雖然硅基太陽能電池占據(jù)主流地位，但是它仍然存在不少缺陷，而薄膜太陽能電池作為一種新的選擇出現(xiàn)，雖然短期內(nèi)替代硅基太陽能電池的主流地位并不現(xiàn)實，但它對于全球光伏產(chǎn)業(yè)的巨大推動作用卻毋庸置疑。 另外，全球薄膜太陽能龍頭美國 First Soalr 計劃于 2014 年使其碲化鎘 (CdTe)薄膜太陽能電池模塊每瓦制造成本達到 0.520.63 美元，相較于目前每瓦約 0.93美元 的成本下降 30%40%，轉(zhuǎn)換效率由目前 10.9%拉升至 12.5%，這無疑也將大大增加薄膜太陽能電池廠商的信心。 從歷史上看，發(fā)生經(jīng)濟危機的時候往往就是行業(yè)發(fā)生變化和更新?lián)Q代的時候。這對印刷太陽能電池等新興技術(shù)來說，是一個鞏固優(yōu)勢、擴展市場的好機會。2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 26 比起只能通過發(fā)電站傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)電池，印刷太陽能電池能隨時隨地為用戶提供電能，因此未來的市場前景非常廣闊?！?目前人們使用的大多數(shù)太陽能電池都是用晶體硅制成的，而且它們一般都被放置在玻璃等硬性承印物上。 據(jù)預(yù)測，碲化鎘 (CdTe)、銅銦鎵二硒 (CIGS)和染料敏 化太陽能電池 (DSSC)等有機薄膜太陽能電池的銷售額將從 2009 年的不到 5 億美元增長到 2014 年的200 億美元。 到那時，薄膜太陽能電池將廣泛采用聚酯有機材料進行生產(chǎn)，而且隨著印刷速度的提高、成本的下降和產(chǎn)量的增加，有很一大部分薄膜太陽能電池都通過印刷的方式生產(chǎn)出來。 公司 認為在未來 10 年內(nèi)，至少將有 50%的太陽能電池會采用印刷的方式進行生產(chǎn)。 目前，歐洲國家在推動印刷太陽能技術(shù)的發(fā)展上所起到的作用非常大，因為它們不但能為太陽能技術(shù)的開發(fā)提供了充足的資金，而且還能給太陽能電池的用戶提供一定的補貼或稅收優(yōu)惠。 對與太陽能電池有關(guān)的項目來說，籌措資金并不是一件很困難的事，只是有時候需要人們等待的時間長一些。以印刷有機太陽能電池為例，當前的經(jīng)濟衰退無疑是給它帶來了一個新的發(fā)展機遇，因為很多人都在尋找新的能源解決方案。很多企業(yè)都引進了太陽能電池的生產(chǎn)設(shè)備，以便為即將到來的經(jīng)濟復(fù)蘇做好準備。” 目前，最活躍的一個印刷電子領(lǐng)域就是染料敏化太陽能電池 (DSSC)，因為它在所有薄膜技術(shù)中的應(yīng)用范圍最廣。 作為歐洲最著名的印刷電子貿(mào)易協(xié)會，有機電子協(xié)會認為印刷電子技術(shù)最早將在消費品領(lǐng)域得到應(yīng)用。在不遠的將來，這項技術(shù)還 將延伸到對與建筑物融為一體的太陽光電板（ BuildingIntegratedPhotovoltaic， BIPV。將太陽光電系統(tǒng)結(jié)合建筑設(shè)計的一種節(jié)能建材產(chǎn)品，可直接取代傳統(tǒng)屋頂、窗戶、外墻及遮陽 /雨棚等。可大幅改善傳統(tǒng)太陽光電系統(tǒng)笨重外型，不但美觀，而且還可以增加空間效益；打造另一個太陽光電建筑產(chǎn)業(yè)的市場商機 )的生產(chǎn)過程中。 據(jù)預(yù)測，從 2015 年開始，安裝在住宅樓的房頂、外墻和其他地方上的印刷有機太陽能電池板將與電網(wǎng)相連，以便享受政府部門提供的上網(wǎng)電價政策（如補2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 27 貼、稅收減免等）。在今天的歐洲，似乎只有非晶硅 太陽能電池才能享受長期保護電價，而再過 5 年左右，有機電子材料將達到或超過非晶硅的導(dǎo)電水平，并能與多晶硅的性能相媲美。 等到那個時候，太陽能電池的成本將達到與傳統(tǒng)發(fā)電成本相同的水平，這也將進一步提升太陽能電池在能源市場上的份額。 歐洲光伏工業(yè)協(xié)會（ EPIA）曾經(jīng)預(yù)測，到 2020 年，太陽能電池在歐洲電力銷售領(lǐng)域所占的市場份額大約為 2%到 3%，而去年年底，該協(xié)會將這一預(yù)測數(shù)據(jù)提高到了原來的四倍，達到了 12%。 與這種樂觀預(yù)期相反的是，德國政府于近日宣布，截止到 2010 年，太陽能發(fā)電只能占到該用電量的 2%到 3%。德國目前是歐洲地區(qū)安裝太陽能電池數(shù)量最多的國家之一，因為它能為這類用戶提供非常優(yōu)厚的再生能源補貼。 直到現(xiàn)在，德國還在全球每年新增的太陽能產(chǎn)能中占據(jù)著一半以上的份額，但它在全球太陽能市場上的領(lǐng)導(dǎo)地位已經(jīng)被西班牙所取代，后者在去年共安裝了總發(fā)電量為 2511 兆瓦的太陽能裝置。這一數(shù)字分別比德國和美國新增的發(fā)電能力高出了三分之二和七倍。 人們之所以預(yù)計太陽能電池在歐洲的增長速度會有所減慢，主要是因為西班牙政府對新增產(chǎn)能設(shè)置了 500 兆瓦的上限，但在其他歐洲國家，太陽能電池的產(chǎn)能將在政府的刺激下得到進一步提升 。意大利就打算在今年將自己的太陽能電池產(chǎn)能提高一倍，達到 500 兆瓦。 歐洲光伏工業(yè)協(xié)會希望太陽能電池在歐洲的持續(xù)增長能夠幫助投資者建立信心，而且隨著成本的逐漸下降，這個領(lǐng)域的規(guī)模也將變得越來越大。 薄膜太陽能電池也做好了為用戶提供更高投資回報率的準備。染料敏化太陽能電池的回本速度非常快 通常在 18 個月到 2 年之間，而非晶硅太陽能電池的回本時間可能就要前者長 2 到 3 倍。 但是 2009 年，晶體硅太陽能電池的成本也出現(xiàn)了大幅下滑 僅在第一季度就下跌了 20%左右。這主要是由多晶硅供應(yīng)商產(chǎn)能過剩造成的，而且根據(jù) 預(yù)測，這將使多晶硅的價格從 2008 年的 400 美元 /千克下降到 50 美元 /千克。原材料成本的急劇下降迫使很多非晶硅太陽能電池的生產(chǎn)商開始想方設(shè)法降低產(chǎn)品價格。 目前，印刷太陽能電池并沒有與晶體硅太陽能電池展開直接競爭，因為它的2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 28 第一批商業(yè)化產(chǎn)品都被投向了消費市場，這對太陽能電池來說，是一個全新的市場。 位于英國威爾士的 G24Innovations 公司一直致力于為消費品提供染料敏化太陽能電池技術(shù)，而且他們現(xiàn)在已經(jīng)成為了新一代用于弱光和室內(nèi)環(huán)境中的染料敏化薄膜太陽能電池的第一個商業(yè)制造商。 在過去的 5 到 6 年間， 與建筑物融為一體的太陽光電板（ BIPV）一直被人們認為是歐洲地區(qū)最具潛力的一個市場，而且它們大多是采用印刷過程進行生產(chǎn)的。市場調(diào)研機構(gòu) NanoMarkets 預(yù)測，全球 BIPV 的銷售額將從 2008 年的 5.28美元增長到 2015 年的 82 億美元。 在 BIPV 系統(tǒng)中，太樣能電池元件是直接嵌在建筑材料中的，因此它們可以傳統(tǒng)太陽能電池板的理想替代品。 薄膜太陽能電池已經(jīng)證明了自己在 BIPV領(lǐng)域中具有比晶體硅模塊更高的成本和能源效率。據(jù)預(yù)測，薄膜太陽能電池將在未來六年內(nèi)成為市場上的新一代霸主，并且有 80%的薄膜太陽能 電池都將采用晶體硅技術(shù)。 二、三種薄膜太陽能電池進入規(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，遠遠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2010-2015 年中國銅銦鎵硒（ CIGS）薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)動 態(tài)及投資策略咨詢報告 北京 雙贏縱橫信息咨詢中心 出版 29 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入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段。 三、薄膜太陽能電池企業(yè)紛紛布局 多晶硅投資熱潮還未消退，最近，企業(yè)資本又大手筆頻投薄膜太陽能電池市場。繼 2009 年 2 月份漢能控股集團宣布將投入 280 億元啟動廣東河源薄膜太陽能電池研發(fā)制造基地之后， 3 月份，四川又有多家企業(yè)近 230 億資金轉(zhuǎn)投薄膜太陽能電池生產(chǎn)。 資本的頻頻動作引起業(yè)界關(guān)注與討論，薄膜太陽能電池也不負眾望，其快速增加的市場份額呈現(xiàn) 出欲分太陽能電池市場的強勁勢頭 。 目前，多晶硅技術(shù)前景、產(chǎn)能以及市場飽和度與市場的需求存在一定偏差。短期來看，國內(nèi)市場的多晶硅的需要量小于目前已經(jīng)被批準的多晶硅產(chǎn)能。在近兩、三年內(nèi)，企業(yè)如果上馬多晶硅項目，必將承受很大的市場壓力，而投資薄膜太陽能則相對市場壓力要小很多，市場前景也是比較樂觀的。盡管從市場發(fā)展長期來看，隨著國內(nèi)市場的啟動，多晶硅的發(fā)展前景也是很樂觀的。但薄膜太陽能電池與多晶硅太陽能電池共分天下的可能性非常大。 與多晶硅相比，薄膜太陽能電池具備成本低、技術(shù)成熟、污染較小的優(yōu)勢，更加適合大規(guī)模建設(shè) 、城市民用建筑使用。其設(shè)備議價能力將比其