太阳能薄膜电池：未来的王者？

目前，全球90%的光伏电池是晶体硅电池，且主要产自亚洲。面对亚洲国家在晶体硅方面的产能和成本优势，欧美国家已经或开始将光伏产业的重点放在了薄膜发电技术。2015年5月，欧洲推出新研究项目Sharc25，目的是将CIGS薄膜太阳能电池转换效率从现有记录21.7 %升高到25 %，对抗来自亚洲的晶硅组件。美国的FirstSolar公司今年在CdTe实验室转化率方面刷新世界纪录，从2014年的21%提高至当前的21.5%，未来数年的产业转化率目标是18.6%。相比晶体硅技术，近年来，薄膜技术进步较快，未来的光伏市场属于晶体硅还是薄膜，目前还很难下定论。本期数说能源向您介绍薄膜发电技术和应用的现状。

目前已经实现商业化的薄膜发电技术主要包括碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)以及非晶硅(a-Si)等。2015年6月，中国提出要实施光伏组件“领跑者”计划，引导光伏技术进步和产业升级。多晶硅电池组件和单晶硅电池组件的转换效率分别达到16.5%和17%以上，硅基、铜铟镓硒、碲化镉及其他薄膜电池组件的转换效率分别达到12%、13%、13%和12%以上可获得这一称号。但今年7月公布的第一批“领跑者”认证申请企业清单中仅汉能一家薄膜电池企业，其余22家均为晶硅电池企业，对比悬殊。

薄膜组件市场份额

光伏组件产量自2000年以来经历了爆发式的增长，复合年均增长率约为44%，薄膜发电也取得了较大的增长。2014年全球光伏组件总产量约47.5吉瓦，其中薄膜组件、单晶硅和多晶硅的产量分别约为4.4、16.9和26.2吉瓦。在1990年左右，薄膜发电的市场占有率一度达到30%，随后逐年下降至4%，直到2006年因晶体硅价格昂贵，薄膜电池又迎来一段较快的发展期，2009年的市场占有率达到16.5%，但随着晶体硅价格从400美元/千克逐步下降到20美元/千克，薄膜电池的市场份额越来越小，2014年下降至9%。

技术路线预测

三类薄膜技术之中，a-Si是2004年之前最主要的技术，但在2009年之前总产量均未超过0.5吉瓦，2009后产量开始快速增长，但2011年达到近1.4吉瓦的峰值后已经连续3年产量下降，到2014年产量只有0.8吉瓦。CdTe自2004年之后产量取得爆发式增长，2007年后一直是产量最大的薄膜电池，同a-Si一样也在2011年达到产量峰值2吉瓦，随后经历2年的产量下降后，2014年产量有所回升，达到1.9吉瓦；CI(G)S在2001～2006年间几乎停产，自2007年后保持增长态势，尤其是2011年后另两种薄膜技术经历衰退的过程中，CI(G)S依然保持较强劲的增长，2013年超过a-Si成为产量第二高的薄膜技术，2014年的产量为1.7吉瓦，有预测认为CI(G)S将是最有前途的薄膜技术。

电池效率PK

尽管薄膜的效率仍然低于单晶硅（电池和组件的最高实验室纪录分别是25.6%和22.9%），但CI(G)S（21.7%）和CdTe(21.5%)电池的实验效率已经超过多晶硅（20.8%），组件的纪录也均达到了17.5%，与多晶硅组件的18.5%的差距已经缩小。a-Si的电池和组件最高记录则分别达到了10.9%和13.4%。

自1992年以来，多晶硅和单晶硅的转换效率基本稳定，仅有很小的提升。CI(G)S和CdTe的进步则非常显著，从15%左右，提升至20%左右，尤其是CI(G)S在2010年后的进步非常快。

此外，聚光太阳能电池主要材料是耐高温的砷化镓(GaAs)，尽管转换效率高（聚光三结和四结太阳能电池的转换效率已达到44.4%和46%），但主要适用于年均太阳直接辐射非常高（超过2000千瓦时/平方米）的地区（如撒哈拉沙漠、澳大利亚内陆等），由于只能利用直射光，且散热问题尚需解决，因此目前仍然难以量产，商业化还不够成熟，全球的并网总量仅330 兆瓦。

价格持续下降

2014年9月份，瑞德集团（LAZARD）发布的能源平准化成本报告显示，美国2009～2014年光伏电池的成本下降了78%。Fraunhofer ISE的数据显示，德国典型的光伏太阳能屋顶系统的价格从1990年的14欧元/瓦下降到2014年底的1.3欧元/瓦，24年间下降了近90%，年均下降率约为9%。

光伏组件价格的经验曲线（或学习曲线）显示，过去34年间，受益于规模经济和技术进步，累计产量每翻一倍，组件价格便下降20%，从1980年超过11欧元/瓦下降至2014年的约0.5欧元/瓦，累计下降了约95%。这一规律对晶体硅和薄膜发电组件均适用。截至2014年年底，晶体硅组件的累计产量达到了167吉瓦，其价格从2006年超过4欧元/瓦下降到了约0.5欧元/瓦；薄膜电池组件的价格一直低于晶体硅，从2006年的近3欧元/瓦下降至不到0.5欧元/瓦，但两者的价格差距正在减小。