晶體硅和薄膜太陽(yáng)能光伏電池是現(xiàn)在乃至未來(lái)十年的兩大主要技術(shù)陣營(yíng)，晶體硅太陽(yáng)能電池以高轉(zhuǎn)化效率在過(guò)去和現(xiàn)在都主導(dǎo)著光伏市場(chǎng)。而薄膜電池在原有轉(zhuǎn)化效率上突破性的進(jìn)展以及相對(duì)低廉的成本在近兩年吸引了投資者更多的關(guān)注，處于其急速發(fā)展期。
目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的太陽(yáng)能電池技術(shù)有晶體硅電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池，聚光太陽(yáng)能電池。CIGS薄膜太陽(yáng)能電池也有可能在將來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其中，晶體硅太陽(yáng)能電池占整個(gè)光伏市場(chǎng)85%以上的份額。單晶硅太陽(yáng)能電池大規(guī)模生產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%，而多晶太陽(yáng)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(yáng)能電池最高能達(dá)到18%的轉(zhuǎn)換效率。而作為中國(guó)太陽(yáng)能行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)的無(wú)錫尚德已宣布的Pluto電池的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了18%。
而在未來(lái)太陽(yáng)能電池的發(fā)展藍(lán)圖中，薄膜電池則以低成本成為新的亮點(diǎn)，并試圖通過(guò)改善工藝提高其轉(zhuǎn)換效率將極大的扭轉(zhuǎn)光伏市場(chǎng)的格局。
原材料在太陽(yáng)能電池的成本結(jié)構(gòu)中占了重要的比例，薄膜電池能在當(dāng)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(guān)鍵的作
用據(jù)Oerlikon太陽(yáng)能事業(yè)部亞洲區(qū)技術(shù)營(yíng)銷總經(jīng)理孫海燕博士介紹，不論是晶體硅還是薄膜太陽(yáng)能電池，原材料約占總光伏電池總成本的60%-70%，薄膜太陽(yáng)能電池的成本無(wú)論在過(guò)去還是將來(lái)都大大低于晶體硅太陽(yáng)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(jià)格為30美金/公斤，根據(jù)模型顯示，在系統(tǒng)安裝量為1GW時(shí)，傳統(tǒng)薄膜太陽(yáng)能電池每KW的價(jià)格約是多晶硅太陽(yáng)能電池的二分之一。而新型的薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)將這種單位電量的價(jià)格優(yōu)勢(shì)繼續(xù)擴(kuò)大。
在過(guò)去的幾年中，為了降低晶體硅太陽(yáng)能電池的成本，用來(lái)制作電池片的硅片的厚度已經(jīng)從原來(lái)的300um減薄到了180um，孫海燕博士認(rèn)為，縱然隨著明年多晶硅產(chǎn)能的釋放，價(jià)格會(huì)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(shì)。
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?yàn)槌撞ＡЬ哂懈咄腹饴剩瑢?duì)太陽(yáng)光具有很好的吸收作用。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些光伏玻璃生產(chǎn)企業(yè)達(dá)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(yīng)。
同時(shí)，薄膜的轉(zhuǎn)化效率也在過(guò)去的幾年中得到很大程度的提升，采用非晶雙結(jié)技術(shù)的薄膜太陽(yáng)能電池穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率的理論上限為15%，在有報(bào)道的量產(chǎn)中最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了11%左右。晶體硅電池的發(fā)展也推動(dòng)了薄膜太陽(yáng)能電池的快速發(fā)展，薄膜太陽(yáng)能電池在技術(shù)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(yáng)能電池解決方案巨頭之一的應(yīng)用材料用Sunfab生產(chǎn)線來(lái)主戰(zhàn)薄膜太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)，Sunfab最誘人之處莫過(guò)于改寫了薄膜太陽(yáng)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(dá)到了5.7平方米，面積是普通薄膜太陽(yáng)能電池的4倍，如此大的面積的太陽(yáng)能電池模組不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，在系統(tǒng)安裝時(shí)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(shì)，但是隨著尺寸的增大，厚度、結(jié)晶分餾和摻雜物濃度等薄膜特性的均勻性變化都會(huì)在制造過(guò)程中造成設(shè)備性能下降和電池的可靠性問題。根據(jù)應(yīng)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(yáng)能模塊Turn-Key服務(wù)的廠商Oerlikon的薄膜太陽(yáng)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(yīng)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(duì)工藝進(jìn)行自主改善，進(jìn)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(jié)構(gòu)能夠拓展吸收的光譜范圍，從而大大的增加對(duì)光的吸收能力。采用非晶微晶的薄膜太陽(yáng)能電池穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到9%左右，在量產(chǎn)之后，通過(guò)加工技術(shù)的提升，還可以進(jìn)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(guò)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O(shè)erlikon早在20年前開發(fā)薄膜太陽(yáng)技術(shù)及設(shè)備時(shí)，將其開發(fā)重點(diǎn)集中在PECVD設(shè)備超高頻電源與反應(yīng)器裝置的開發(fā)。超高頻電源應(yīng)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(guò)程中，使產(chǎn)生的等離子既不能破壞膜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)薄膜的淀積速度要快。而用于薄膜淀積的Oerlikon的反應(yīng)器是一個(gè)高溫等溫裝置，反應(yīng)器內(nèi)溫度的控制非常重要，因?yàn)榉蔷Ч枋情L(zhǎng)程無(wú)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(guò)程相當(dāng)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(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，初始衰減相對(duì)少。
雖然薄膜電池將主導(dǎo)未來(lái)光伏市場(chǎng)的呼聲不斷，但要在未來(lái)的5-10年取代晶體硅太陽(yáng)能電池成為光伏市場(chǎng)的主流可能需要相當(dāng)?shù)墓ぷ骱团Α３Ｖ萏旌瞎饽苁紫\(yùn)營(yíng)官鄒西原認(rèn)為，由于用于晶體硅電池制造的硅原料取得相對(duì)容易，晶體硅電池量產(chǎn)技術(shù)成熟和較高的轉(zhuǎn)換效率，而在可預(yù)見的未來(lái)幾年，晶體硅太陽(yáng)能電池仍然會(huì)是市場(chǎng)的主流。應(yīng)用材料（中國(guó)）有限公司太陽(yáng)能事業(yè)部總經(jīng)理王瑞萍認(rèn)為，晶體硅和薄膜這兩種技術(shù)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)會(huì)齊頭并進(jìn)，相輔相成，也許會(huì)永遠(yuǎn)并存。
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