Wp太阳能薄膜电池可行性研究报告.doc

窗体顶端第一章 总论 一、项目背景（一）项目名称：铜铟镓硒（CIGS）太阳能薄膜电池（二）项目承担单位：深圳浩德集团有限公司（三）项目主管单位：国家高新技术开发区管理委员会（四）项目拟建地区和地点：国家高新技术开发区新能源产业园（五）可行性研究报告研究范围 1、太阳能光伏产业和技术发展趋势研究2、市场需求及产品销售预测3、项目建设的必要性、建设条件及选址4、CIGS太阳能薄膜电池的技术方案和工程方案5、环境保护方案6、节能措施7、投资估算及资金筹措8、财务及经济效益分析（六）可行性研究报告编制依据 1、 国务院颁布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007 年度）2、建设项目经济评价方法和参数（第三版）3、技术提供方德国centroherm公司提供的经济技术参数4、国内外太阳能光伏产业发展状况5、国家有关法律法规和财税政策（七）研究工作概况1、项目建设的必要性（1）太阳能电池是太阳能光伏产业中技术含量高、经济体量最高的核心组件，成长性好，市场空间巨大，投资引进技术先进的太阳能电池项目将推动光伏产业的快速发展，有利于节能减排目标的实现，有利于能源结构的调整，有利于区域经济结构的优化。未来数年光伏行业的复合增长率将高达30以上。至2020年全球光伏发电装机容量将达到300GW，整个产业的年产值将超过3000亿美元，至2040年光伏发电将达到全球发电总量的1520。该项目的引进与建设将有力促进城市圈“两型社会”的建设。加快太阳能光伏产业的发展，有望改变我国城乡的民用能源结构。大力引进、发展和生产包括CIGS模组片产品系列在内的新能源项目，既具有良好的发展前景，又符合国家、省、市产业发展政策，国家发改委、科技部、商务部、知识产权局发布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007）将开发生产高效率低成本的太阳能光伏电池、新型太阳能电池及制造设备确定为重点项目。既有很好的经济效益，又有良好的社会效益。本项目建设将有力促进城市圈“两型社会”的建设和发展。（2）德国centrotherm公司开发生产的CIGS薄膜太阳能电池是目前世界上光电转化率最高的第三代太阳能电池，并提供交钥匙工程服务，包销生产初期所有产品。该项目的引进将填补国内空白，带动我国太阳能电池的升级换代，推动区域高新技术产业结构优化，并具有良好经济回报。Centrotherm公司开发的CIGS太阳能薄膜电池技术水平在世界处于领先，规模化生产技术成熟，生产成本低、原材料消耗少、单位产品能耗低、用途广泛，产品具有强劲的市场竞争力，经济性能优良将为投资者带来丰厚的回报。CIGS太阳能电池在研究室转换率最高可达20.1，其规模化大生产产品也是世界上面积最大(每片面积1.5、发电功率170W)、成本最低(成本价约7元/Wp)、发电效率高（高于目前的晶体硅电池），是最具有发展潜力的第三代太阳能电池。太阳能电池的价格决定太阳能发电的成本，谁拥有了最低价格的太阳能电池产品和技术，谁就可以拥有太阳能光伏产业的市场。时至今日，德国centrotherm公司CIGS太阳能电池设备及技术在国内仍为空白。该项目的建设，将促进中国高新技术产业结构的进一步优化。在高新技术开发区新能源产业园引进建设CIGS太阳能薄膜电池项目，将在中国光伏行业中迅速形成一个具有世界领先水平的太阳能光伏产业集群、示范基地和高水平的研发基地，使中国光谷迅速跻身世界光伏产业先进行业，有力促进了产业结构的调整。2、可行性研究工作概况（1）与项目发起人进行了充分的信息沟通与交流，充分了解其真实的战略意图和投资意向；（2）对德国centrotherm公司的信誉、经营状况、产品的技术水平、产品技术性能和规模化工业生产技术成熟度、生产设备的成套化和工艺成熟度进行了认真了解和研究，确定该公司的CIGS太阳能薄膜电池产品技术水平在世界处于领先位置，规模化生产工艺先进成熟，设备成套化率高，能提供交钥匙工程，建议加强技术合作，尽快进入项目实施阶段；（3）对太阳能光伏产业的技术发展趋势、市场容量进行了调查研究和预测，结论是：太阳能光伏产业已进入快速发展的上升通道，市场容量巨大，投资前景良好。（4）对项目的选址、建设规模和分阶段目标进行了研究，确定了在5年时间内分阶段分步骤逐步稳妥推进的方针，既要迅速抢占技术和市场的制高点，又要考虑到太阳能光伏产业成长的周期阶段，还要考虑到技术的发展和可能发生的突破，建议在引进第一条线的同时，建立自己的研发机构，跟踪世界太阳能光伏产业的技术前沿，为企业的持续发展奠定基础。二、可行性研究结论 （一）市场预测CIGS是太阳能薄膜电池具有稳定性好、抗辐照性能好、原材料消耗少、生产成本低、不衰减、弱光性能好、效率高等优点，光电转化效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本只是晶体硅电池的二分之一，被国际上称为“下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池”，具有强大的市场竞争力。太阳能电池的市场空间巨大。未来数年光伏行业的复合增长率将高达30以上。至2020年全球光伏发电装机容量将达到300GW，整个产业的年产值将超过3000亿美元，中国太阳能光伏发电装机容量将达到20GW。随着 国家“太阳能屋顶”和“金太阳示范”工程及相关鼓励太阳能发展的财税政策等国家扶持政策陆续推出，以及新能源产业振兴规划的调整，将引导中国光伏市场由生产型转向消费型。（二）项目规模 （1）一期工程：征地1000亩，引进建设一条年产100MWp CIGS薄膜太阳能电池生产线。包括一、二、三期厂房、公共设施及后勤、运输、生活福利设施等组成。（2）二、三期工程：继续引进德国centroherm公司升级换代后的CIGS太阳能薄膜电池生产线2条，使年生产能力扩充到300MWp；并征用试验基地500亩。与正在筹建中的中国新能源研究院合作，建设太阳能薄膜电池专业工程研究分支机构，完善产、学、研相结合的企业研发体系，形成自主创新能力；建设一座太阳能光伏示范建筑。（三）原材料、燃料和动力供应 所有原材料都在国内有稳定的供货来源渠道；燃料和动力供应充分。（四）厂址 ：中国国家高新技术开发区新能源产业园（五）项目工程技术方案1、产品特点：德国centroherm公司开发的CIGS薄膜太阳能电池产品具有单片面积最大、转化率最高、成本最低、发电效率高等特点，在全世界具有技术领先性，具有全球专利权。（1）是世界唯一能规模生产且转换率达12的CIGS太阳能电池膜组。美国国家NREL试验室研究出换率为201的样品，因此有提高转换率的空间。其它多晶硅薄膜或非晶硅薄膜换率均在68左右，美国联合太阳集团CdTe生产可达10，但技术严格封锁，不公开，而材料含有毒元素，试验室样品的最高转换率仅为16。（2）接收的光波频率宽，不管阴雨早晚、温度高低都可发电，多晶硅转换率虽高达1416，但因光波频率窄，太阳不直射、阴雨早晚、温度高低都可影响发电。（3）单片面积达1.5M2、生产量大、生产效率高。（4）耐候力强、没有非晶硅薄膜的光衰减问题。（5）成本低、打破了太阳能高价位的瓶颈。（6）用普通建材玻璃不需在真空环境下生产，解决了大生产工艺瓶颈；不使用H2Se气体，解决了污染问题。2、工艺特点：德国centrotherm公司提供的生产工艺先进、技术完整、设备成套化。采取的制造工艺是固态源硒化法，工艺简单，流程短，产量高，单片产品面积大，成本低，高效益，用普通建材玻璃不需在真空环境下生产，解决了大生产工艺瓶颈；不使用H2Se气体，解决了污染问题。制造设备实现了成套化，并实现了规模化工业生产，在世界处于领先水平。其采用 “溅射金属预制层再硒化、硫化”所生产的CIGS薄膜太阳能电池是目前世界上技术最先进、工业化生产最成熟的第三代光伏产品。3、工艺流程：普通钠钙玻璃清洗Mo的溅射沉积非真空法沉积CIGS薄膜预置层快速加热硒化处理（RTP）化学水浴法沉积ZnS本征ZnO溅射沉积ZnO:Al透明导电膜的溅射沉积Ni/Al电极沉积，分割等。4、技术指标：（1）单片面积：1400x1100mm2（2）转换率：12%（批量生产）（3）功率：170Wp（4）生产线单位时间产能：96片/小时（5）生产线理论产能：141.08MWp/年（6）实际产能：98.88MWp/年（六）环境保护 1、生产过程中所有的排放物均符合国家相关排放标准2、冷却水、清洗用水。本项目对冷却水、清洗用水进行截污处理，进行中水回用或达标排放。3、锅炉烟尘处理：采用除尘装置,避免烟尘危害。4、碎玻璃、包装废弃物。分类收集，综合利用。5、通风机噪声。采用先进的低噪声通风机，同时对通风室加以吸声处理。（七）工厂组织及劳动定员 依法设立浩德新能源有限公司，注册资本金5千万元。劳动定员205人。对员工的培训按照德国公司成熟的管理模式，结合中国实情建立一套完善的培训体系，具体培训办法由公司组建后管理层负责拟定， （八）项目建设进度 1、完成与德国公司技术合作的商谈，签订正式协议 完成时间：2009年7月28日2、项目法人公司成立完成时间：2010年9月3、完成整个土地征用、规划设计完成时间：2010年10月4、完成投资欠缺资金的融资 完成时间：2010年10月5、组建公司组织构架、完成土建、设备采购等实施计划完成时间：2011年5月6、完成员工的培训、设备安装及调试，进入试生产完成时间：2011年8月-10月7、进入正常生产经营完成时间：2012年8月（九）投资估算和资金筹措 本次投资估算和资金筹措主要针对项目一期工程。项目总投资200000万元，其中建设投资180000万元，建设期利息4500万元，流动资金20000万元。资金筹措：资本金投入36000万元（总投资的20），其他资金由当地政府指定担保公司为项目公司担保，2010向国家银行筹措不低于7年期的长期贷款144000万元，共180000万元，当年全部投入。2011年向商业银行流动资金贷款20000万元。项目公司以项目抵押（十）项目财务和经济评价 经过盈利能力分析、清偿能力分析及敏感性分析表明，本项目具有较强的盈利能力，投资风险较小，抗风险能力较强，综上所述：本项目财务上是可行的，经济效益是合理的。三、综合评价与建议1、本项目生产的CIGS太阳能薄膜电池，符合我国当前的产业政策，是国家重点支持的发展领域。CIGS太阳能电池是最有希望降低光伏发电成本的高效薄膜太阳能电池，并且它可以充分利用我国丰富的铟资源，是真正符合国家法规重点扶植和鼓励发展的适合中国国情的可再生能源技术，具有广阔的发展前景。2、本项目具备良好的经济和社会效益，能带动太阳能光伏产业在中国当地聚集，迅速形成产业集群，对高新技术产业开发区的高新技术产业结构提升和调整具有强大的促进作用，能创造大量的就业机会和建设投资，并能迅速使开发区在太阳能光伏产业和技术水平跻身世界先进行业。3、本项目产品和工艺及制造设备在世界光伏产业中目前处于领先水平，在一定时期内具有技术垄断性。4、根据世界光伏产业发展趋势，各国政府都高度重视太阳能光伏产业的发展，将其视为战略性新兴产业加以扶持，加之产业规模化技术的突破，成本下降趋势明显，应用范围不断拓展，市场容量巨大，发展空间广阔。5、该项目产品与同类产品相比，具有良好的性价比，具备强力的市场竞争力，投资该项目具有良好的经济回报，财务分析得到的技术经济指标良好，风险很小。综上所述，本项目完全是可行的。建议尽快组织落实实施，加快推进工程进度，加强技术工人的培训，做好市场营销，早日建成投产见效，实现世界最先进的光伏产业技术在中国大陆落地。但要高度重视生产成本的控制和产品的销售价格的变化，把经营成本降到最低，拉大利润空间，更进一步的提高产品的价格竞争力。四、主要经济指标表 （达产年）1、生产能力：100MWp/年，60-70万片模组2、项目定员：205人3、占地面积：1000亩4、建筑面积：127000平方米5、项目总投资：200000万元 6、建设投资： 180000万元7、年销售收入：200000 万元8、年总成本费用：100000.万元9、年销售税金及附加：2369.56万元10、年所得税 ：31107.78万元11 年利润总额：100000.万元12、投资回收期：Pt（Ic=10%税前）2.85 年 13、投资回收期：Pt（Ic=10%税后）3.16 年 14、总投资收益率：（ROI） 66.53% 15、项目资本金净利润率：(ROE) 201.12% 16、项目投资财务净现金值：（所得税前）FNPV（ic=10%）427085.57万元17、项目投资财务净现金值：（所得税后）FNPV(ic=10%)308940.35万元18、项目投资财务内部收益率：（FIRR税前） 51.6% 19、项目投资财务内部收益率 ：（FIRR税后） 48.7%20、盈亏平衡点：BEP（生产能力利用）20.8%21、项目资本金净利润率：（ROE）2.0122、利息备付率（ICRC）15.4第二章 项目背景和发展概况 能源是国民经济的基础产业。我国正处于工业化、城市化和现代化快速发展时期，经济能源和环境三者之间的矛盾尤为突出。大力开发利用太阳能等可再生能源是解决当前能源供需矛盾，有效应对资源短缺、环境污染和气候变化挑战，实现未来能源可持续发展的战略选择。一、项目背景（一） 大力开发利用太阳能是世界改善能源供应、环境污染、气候变暖的迫切需要，是能源结构调整战略的必然选择随着煤炭、石油和天然气等传统化石一次能源的大量消耗，人们产生了深刻的危机感，据各国政府及专家公认统计数字，目前全球石油已知储量可开采约40年，天然气已知可开采约50年，原煤已知可开采约200年；而我国可采储量的化石能源仅为：原煤114.5年，原油仅20.1年，天然气仅49.3年。即使乐观的认为还存在许多未探明的储量，但以目前可预见的开采技术和条件，对这部分资源的开发成本也将提升到可能不具备开发价值的程度。地球上超过50亿年积累的化石能源，在上百年间即被人类文明耗尽，能源危机正逐渐蔓延到世界的任何一个角落，成为经济社会发展的一个瓶颈，不仅羁绊了全球经济发展，也成为全球政治、军事冲突的重要因素。所以，不论国内还是世界来看，全球性的能源危机已非常突出。与此同时，燃烧煤炭、石油、天然气等化石能源释放出的大量二氧化碳，所造成的环境污染和导致的温室效应，可能在这些能源被耗光之前，就已经把地球环境破坏到人类无法居住的程度，目前全球二氧化碳排放量已经超过300亿吨，如不加控制，这一数字将在2030年达到400亿吨，其中我国将占据1/4的比例。因此，大力发展太阳能等可再生能源，已成为人类可持续发展和生存延续的首要问题。大力开发利用太阳能，加快太阳能光伏产业的发展，使我国尽快迈入清洁能源时代，不仅事关这个产业的发展，从长远来看，是缓解我国资源、能源、环保压力，确保我国能源战略安全和社会经济发展长治久安的必然选择。 （二） 太阳能是最丰富、最清洁、最环保、最高效的可持续能源，太阳能光伏产业既是能源产业，又是环保产业，太阳能发电技术的大规模应用必将有效抑制现代文明对环境的破坏和气候的影响。太阳能发电与其他再生能源相比，具有无与伦比的独特优势。生物质能存在与民争粮、与粮争地等问题，大量生物质作为能源使用，会进一步打破生态系统中“生产消费分解再生产”的自然生态循环系统，降低生态系统的生产潜力，加重危害生态系统的健康与可持续发展。对于耕地面积有限、生态严重退化和生物质存量有限的我国来说，生物质能的大范围发展和应用既不可能也不现实。水电发电过程不会产生污染性废物，属于比较理想的清洁能源，但是其对局部生态环境的破坏是非常明显的，占用大量良田，容易引发生态灾难，导致开发的经济和社会成本大幅增加。风能本身存在密度低、不稳定、地区差异大、广域分散性、随机性和能量的低密度性等问题，以及风场建设的条件要求高，开发难度很大。风电建设选址对自然环境(风速)要求较高，光测风阶段就要历时1年以上。同时，由于风速的不可控性，利用小时数低,通常为2000小时/年左右。风电设备采用风轮机等机械传动装置，大规模应用的后期维护成本和难度较高。太阳能的转换环节最简单、利用最直接，不产生任何污染，没有转动部分，维修方便。太阳能发电是我们目前可以使用的能源中一次性转换效率最高，并且使用最简单、最可靠、最经济的新兴能源，其一次性将太阳能转换为人类能够高效利用的电能的水平是高效植物的约100倍！目前技术其使用生命周期可以稳定超过20年。从占用土地来看，风力发电占地是太阳能发电的810倍，生物能则达到100倍。而水电，一个大型水坝的建成往往需要淹没数十到上百平方公里的广袤土地。从新建电站所消耗能量与电站运行周期内的发电量之比，即能量的投入产出比看，光伏发电可达到1015倍，在光照良好的地区可达到1520倍。从我国可开发的资源蕴含量来看，生物质能约1亿千瓦，水电3.78亿千瓦，风电2.53亿千瓦，而太阳能是2.1万亿千瓦，只需开发1即可达到210亿千瓦。在我国发展太阳能光伏产业具有独特优势。我国太阳能资源十分丰富，全国有三分之二的国土面积，每平方米太阳能年辐射总量为33508400兆焦，平均为5860兆焦（相当于199kg标准煤），每年地表吸收的太阳能大约相当于2.4万亿吨标准煤的能量，相当于我国2008年全国能源消耗总量28.5亿吨标准煤的842倍。其中西藏西部是我国太阳能资源最富集的地区，最高达2333 千瓦时/平方米（日辐射量6.4千瓦时/平方米），居世界第二位，仅次于非洲撒哈拉大沙漠。我国现有沙漠化土地面积达100万平方公里左右，并且呈逐年扩大的趋势，主要分布在太阳能资源比较丰富的西北和西南地区，假设将这些沙漠化土地的1%，用来安装并网光伏发电系统，按目前比较保守的100Wp/m2技术水平计算，装机容量即可达到10亿千瓦，而2007年全国发电总装机容量仅为7.13亿千瓦。我国2008年太阳能电池产量已突破2000MW，占全球产量的36.7。中国目前发电装机容量的10用光伏发电来提供，就将形成12万亿的新增产业规模。（三） 太阳能发电产业发展迅速，已成为世界各国战略性新兴能源产业，加快太阳能光伏产业发展必将成为拉动世界经济走出危机的重要动力。近年来，全球太阳能光伏产业得到了迅猛发展，近10年光伏产业平均年增长率为41.3%，近5年为49.5%，2007年比2006年增长56.2%。2007年我国成为全球太阳能电池第一生产大国，产量1062.8MW，占全球产量4000MW的26.6%。太阳能发电的大规模利用，对环境的影响和破坏将得到充分遏制，随着化石能源的逐渐耗竭以及太阳能技术和产业规模的进一步发展，太阳能最终将以其高转换效率、简单、可靠、经济和环保等特性，成为人类未来的能源宝库。世界太阳能发电技术产业从2010 年开始将进入快速发展通道。世界各主要国家都在努力提高太阳能发电设备的生产规模和应用规模。目前全世界有136 个国家正在普及推广应用太阳能，其中95 个国家正在大规模研究开发和生产各种太阳能发电设备和太阳电池应用产品。2008 年日本太阳能发电设备累计总装机容量达到2 500 MW，2010 年预计达到5 000MW。2010 年全世界太阳能发电设备累计总装机容量将达到18000MW。欧盟2010年预计安装3GW（百万千瓦）的光伏发电装置，在2030年安装的光伏发电装置可能增加到200GW左右，全世界可能会达到1000GW。 目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,大规模开发太阳能，将其列为战略性新兴产业。美国奥巴马政府将新能源产业确定为美国经济复兴的核心，大力开发可再生能源、控制温室气体排放，提供大量绿色就业岗位，希望通过开发利用再生能源，争夺未来能源科技制高点，为此美国能源部推出了“国家光伏计划”,计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件以及系统性能和工程、光伏应用和市场开发等5个领域开展研发与产业化工作。日本推出了阳光计划，正在实施太阳能7万套工程计划，准备普及太阳能住宅发电系统,主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备,家庭用后剩余的电量还可以卖给电力公司，一个标准家庭安装一部发电3000瓦的系统。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的尤里卡高科技计划，推出了10万套太阳能工程计划。日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家最近决定携手合作,在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站,他们的目标是把占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来。目前，美国、日本和德国在世界光伏市场上占有最大的市场份额。现在世界上MW级太阳能发电站已超过10 座，其中最大的一个容量达到6.45gW。我国敦煌市正在建设10gW的光伏并网发电示范项目，2010年建成投入运行。在替代传统能源的过程中，太阳能光伏产业的快速发展必将创造大量就业机会、制造机会、建设机会，其必然推动我国乃至世界经济的复苏。 （四） 作为我国政府重点支持的战略新兴产业，加快太阳能光伏产业发展的政策环境进一步优化，法律政策体系逐步完善我国政府高度重视可再生能源和新能源的发展。目前，我国已建立了促进可再生能源发展的法律制度，2006年1月可再生能源法正式颁布实施，可再生能源上网电价、全额收购、费用分摊、税收减免等政策相继出台，并建立了可再生能源发展专项资金，2007年公布了可再生能源中长期发展规划和可再生能源“十一五规划”，提出了可再生能源发展目标，为可再生能源的加快发展创造了良好的政策环境。新能源产业振兴规划即将出台，重点扶持核能、风能和太阳能等新能源战略性产业的发展，到2020 年，太阳能发电的装机容量要求达到2000万千瓦。“金太阳示范工程”以财政补贴的方式启动和推进太阳能发电市场的开发，并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资50%给予资助，偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予资助。中央财政安排专项资金实施“太阳能屋顶计划”，对建筑光伏一体示范工程予以补助。太阳能发电产业上网定价机制正在形成。我国的太阳能发电技术产业将迎来一个大发展时期。可以相信，随着我国支持可再生能源发展的政策体系的不断完善，太阳能光伏产业一定会取得更好更快的发展，为我国建设资源节约型、环境友好型社会做出更大的贡献。根据“可再生能源中长期发展规划”。2010 年，我国太阳能发电设备累计装机容量达到500MW，其中300-350 MW 用于解决边远地区无电区的供电。2020 年达到2 000MW，为我国太阳能发电产业的发展提供了巨大的机遇。（五） 提高太阳电池的光电转换效率是降低太阳能发电设备成本的主要手段，是太阳能发电技术的主要发展方向太阳能发电技术主要包括：太阳能电池和矩阵、蓄电池和充电器、逆变器等技术。太阳能发电设备的发电成本，由设备初投资和利息加运行维修费再按运行寿命20 年，每年日照时数所发出的电量分摊，就可计算出每度电（kWh）的发电成本。太阳能发电设备运行中不消耗燃料，在运行寿命20 年期间，除蓄电池外，基本上不需要维修，因此发电成本主要决定于设备投资。太阳能发电设备的投资大致分为太阳能电池矩阵占60%，逆变器占15%，蓄电池占15%，其他为10%，其中太阳能电池价格是主要因素。太阳能电池的光电转换效率是代表材料性能、器件结构、制备技术、工艺设备和检测手段等综合性能水平的标志性指标。太阳电池的光电转换效率分为两种。一种是小尺寸（例如1cm2）的研究开发水平：单晶硅太阳能电池24.7%，多晶硅太阳能电池19.8%，非晶硅太阳能电池15%，铜铟镓硒太阳能电池20.1%，砷化镓太阳能电池33%，有机纳米晶太阳能电池5.48%。一种是大尺寸（例如1200cm2）的商品化生产水平：单晶硅太阳能电池15%，多晶硅太阳能电池12%，非晶硅太阳能电池8%，铜铟镓硒太阳能电池10%。转换效率高，可以在同样发电容量下，减少太阳能电池矩阵面积，减少太阳能电池模块用量，从而降低成本。二、太阳能电池技术发展趋势及特点（一） 太阳能薄膜电池快速成长，将逐步替代硅晶太阳能电池成为市场主流太阳能电池是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。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。太阳能电池就是一种通过光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池矩阵。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦中型电站，小到供一户用的太阳能电池，这是其他发电技术达不到的。太阳能电池根据所用材料的不同，分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类。表1各种太阳能电池(以大尺寸作比较)特点比较一览表电池类别优点缺点硅太阳能电池单晶硅技术最成熟转化效率最高（实验室达23%、规模生产达16-20%）成本高，大幅度减低成本困难，对高纯度硅的依赖性高、能源偿付期长2.2-2.7年多晶硅转化率实验室达到18%，规模生产达为14-18%成本相对较低，对硅的依赖高、能源偿付期长2.2-2.7年非晶硅薄膜成本低、重量轻、转化率8-10%、便于大规模生产、能源偿付期短1.1年-1.6年受制于材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高多元化合物薄膜电池砷化镓3-5族转化率28%、材料吸收率高、抗辐射能力强、对热不敏感、适合制造高效单结电池GaAs价格不菲，成本高，主要用于宇航领域碲化镉性能与非晶硅薄膜电池相似、成本低能源偿付期1年镉污染铜铟镓硒（CIS/CIGS）不存在光致衰退问题、转化率实验室达20.1%（美国CEN公司）、生产达12%、价格低廉、性能稳定性好、工艺简单、产业链短，能源偿付期短0.9年是今后太阳能电池发展的一个重要方向铟硒都是稀有元素、生产设备贵聚合物多层修饰电极型太阳能电池有机材料柔性好、制作容易、材料来源广泛、成本低。研发刚起步、商品化还有距离、使用寿命和效率与无机材料相差较大。纳米晶太阳能电池成本低廉、工艺简单、光电效率10%以上、制作成本仅为硅太阳能的1/5，寿命达20年以上研发刚起步、商品化还有距离，目前研究比较成功的是染料敏化TiO2纳米晶太阳薄膜电池，稳定性有待进一步改进。现阶段，太阳能电池产业中，以硅晶圆式太阳能电池发展最为成熟，在市场中居主导地位。2007 硅晶圆式太阳能电池安装量占整体太阳能电池安装量90%。近几年来在环保意识高升与各国政府推出各种补贴政策下，太阳能电池需求大幅成长，因而使得硅晶圆式太阳能电池最上游原料多晶硅出现供不应求的状况，在多晶硅价格一路攀升，硅太阳能电池成本难以下降的情况下，各国大力开展投入用硅较少或以非硅原料的薄膜太阳能电池的研究与开发。薄膜太阳能电池成长率远高于整体太阳能产业。虽然薄膜太阳能电池的出货量目前仍远低于硅晶圆式太阳能电池，但薄膜太阳能电池具有成本低、多用途应用、不受限于以硅为原料等优点，发展迅猛。以 IEK 的资料显示 2007 年薄膜太阳能电池的产量为 476MW，佔整体太阳能电池产量的 17%，2008 年产量达 800MW，年成长率 68.19%，2009年预计可再成长59.61%，在整体太阳能电池产量的市占率可突破 1/5 达22.5%，在市佔率不断提高下，显见薄膜太能电池的成长力道强劲。预计到2013年薄膜太阳能电池将超越硅晶太阳能电池成为市场主流。 图4-1 Nikkei Microdevice 2008（8）展示的太阳能电池市场趋势显示，薄膜太阳能电池强劲的上升趋势和硅晶圆太阳能电池的颓势目前，硅薄膜太阳能电池为主流技术，铜铟镓硒（CIS/CIGS）和砷化镓三五族等多元化合物薄膜电池逐步成为发展趋势，有机聚合物薄膜电池和纳米晶薄膜电池距离商品化较远。2007 年硅薄膜电池占薄膜电池总量的比重约 63%，显见硅薄膜技术仍为薄膜技术的主流。全球前十大薄膜厂商所使用的技术中，美国 First Solar 以碲化镉为主，德国 Wurth Solar和centroherm公司以 CIGS 为主，其余厂商均以硅薄膜技术为主。（二） 薄膜太阳能电池具有重量轻薄、应用范围广、能源偿付期短、可透光、可挠等优点。1、重量轻。薄膜太阳能电池由于厚度约仅一般硅晶太阳能电池的1/100-1/600（图六），因此重量较轻，应用于建筑物上时，可减少建筑物的压力，加上其可封装于可挠式基板，因此可制成轻薄的产品应用于可携式物品或与其他产品整合。另外由于材料需求少且可连续制程制造，因此原料成本较传统硅晶太阳能电池低。薄膜太阳能电池由于有较低的温度系数，转换效率较不受气温影响，且受照度影响较小，在低照度下仍可维持较佳的转换效率。另外薄膜太阳能电池可制成可透光模组，整合应用在建筑的玻璃上。2、应用范围广，建材一体应用为薄膜太阳能电池的重要应用一般硅晶太阳能电池可应用于市电并网、离网应用、特殊应用，其中市电并网型应用为主流，主要是因为各国政府补助政策以市电并网型为主。薄膜太阳能电池同样可作为以上应用，且相较于硅晶太阳能电池只能使用硬式玻璃基板，薄膜太阳能电池的质轻、可挠、可透光的特性可作广泛的应用，其中与建材结合，成为建筑一体型太阳能电池（Building-integrated photovoltaic，BIPV）将是薄膜太阳能的最大利基应用。不同类型的薄膜太阳能电池有其最适用之应用市场，但其本均以商业用或居住用并网型为主，而以 IEK 的研究数据显示，2015 年薄膜太阳能电池的最大应用将是 BIPV，产值可达 32.37 亿美元，佔整体薄膜太阳能电池应用的 45%，将应用在并网型的居住、商业及工业建筑上。3、薄膜太阳能电池的能源偿付期短除了用硅料较少或完全不需用硅之外，薄膜太阳能电池的另一优势为能源偿付期间（Energy Pay-Back Time）较传统硅晶太阳能电池短，相较于硅晶太阳能电池在生产多晶硅与硅晶圆时的高耗电，能源偿付期间需2.2 年2.7年，非晶硅太阳能电池的能源偿付期间仅需1.1年；日本薄膜太阳能电池大厂 Kaneka公布的统计数为1.6 年（图八），而碲化镉太阳能电池1年，而铜铟镓硒太阳能电池的能源偿付期间更短，仅需 0.9年（表二）。4、薄膜太阳能电池的最大成本来自于设备支出薄膜太阳能电池虽具有原料成本的优势，但在实际建造时，由于薄膜沉积制程设备昂贵，因此整体薄膜电池设备支出约是硅晶圆太阳能电池设备的2-4倍。以 IEK 的研究数据，建置 25MW 的太阳能电池厂，硅薄膜技术生产线需投资约 15 亿元，而硅晶圆太阳能电池则投资约3-5 亿元。若以 100MW 的电池模组装置成本估计，薄膜较硅晶电池的设备成本多出约1-2倍（表三）。若是 32MW 堆叠式硅薄膜太阳能电池中电池设备即佔了成本结构中的29%，若是 15MW 的 CIGS 薄膜模组，设备即占了32%，显示薄膜太阳能电池设备为其最大成本支出。（三） 硅薄膜技术为目前薄膜技术主流，CIGS薄膜技术以其转化率高等优势成为产业发展重点和趋势太阳能薄膜电池商品化前景较好的是硅薄膜电池、碲化镉、铜铟硒/铜铟镓硒（CIS/CIGS）、砷化镓等三五族化合物及染料敏化电池。其中硅薄膜太阳能电池为目前主流技术，而碲化镉太阳能电池在美国 First Solar的成功销售下，2007年成为出货量最大的薄膜太阳能电池，CIGS太阳能电池虽有转换效高等优点，虽然CIGS是未来技术的发展趋势，但目前由于量产经验不足，市场占有率仍偏低。另外三五族的砷化镓太阳能电池转换效率虽高，但成本高，目前以应用于宇航领域为主，染料敏化电池则尚未大量生产。1、硅薄膜太阳能电池非晶硅（amorphous silicon）薄膜太阳能电池已发展超过 30 年，最早商品化的硅薄膜太阳能电池使用在计算器、手表等产品上，硅薄膜太阳能电池中硅的结晶排列杂乱，相对结晶硅太阳能电池中的硅则排列较为规则。硅薄膜太阳能的制程不同于硅晶太阳能电池需经过长晶、切晶、制成 Cell 与模组化等程序，硅薄膜太阳能电池有六道制程，首先在玻璃基板上形成一层透明导电氧化物薄膜（TCO），其次以激光将此薄膜图形化；第三步则是以电浆式化学气相沉积法（Plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD）在 TCO上进行硅薄膜的连续镀膜，接着再以激光将硅薄膜图形化，然后再以物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，PVD）在硅薄膜上进行金属镀薄，最后再以激光把金属薄膜图形化，完成之后，各个电池间就可藉着金属与TCO薄膜相连接，在玻璃上形成模组且进行封装后完成薄膜太阳能电池模组。以往硅薄膜太阳能电池为单层非晶硅技术，由于非晶硅具有较佳的光吸收能力，因此仅需较薄的吸收层，但红光及红外光等能量较小光源则无法吸收而限制了其转换效率，转换效率约 6-7%，另外硅薄膜由于其结构的影响而有光劣化的问题，在使用后的短时间内效率会衰退 15-35%。为提升转换效率，目前太阳能厂商多以结合微晶硅的堆叠式（a-Si/uc-Si ，Tandem）技术制造，转换效率可达8-10%，甚至已有三层结构（triple structure）的产品，而基板材料也从玻璃增加了可挠式金属基板。2、碲化镉（CdTe）太阳能电池碲化镉（Cadmium Telluride，CdTe）薄膜太阳能电池为市场上另一已实际量产的薄膜太阳能电池。目前美国 First Solar 公司一家独大，电池结构与非晶硅太阳能电池相似，只是以碲化镉代替硅。碲化镉太阳能电池的制程一开始与硅薄膜太阳能相似，先在玻璃基板上形成 TCO，再利用成本较低的技术如 CSS法或VTD等方法形成 CdS 层与CdTe 层，并涂覆一层 CdCl2 达到活性化效果。CdTe太阳能电池虽有生产成本低的优势，但材料含有毒元素，对镉所带来的重金属污染有所疑虑，因此目前全球生产的厂商仅美国 First Solar 与德国 ANTEC Solar 等少数厂商，且目前均使用硬式的玻璃基板，尚未有可挠式产品上世。3、铜铟硒/铜铟镓硒（CIS/CIGS）太阳能电池铜铟镓硒（Copper Indium Gallium Diselenide，CIGS）薄膜太阳能电池在早期以铜、铟、硒三种元素组成为主，形成铜铟硒太阳能电池（CuInSe2，CIS），后续才加入镓或硫而制成转换效率较佳的铜铟镓硒（CuInGaSe2，CIGS）太阳能电池，目前实验室效率可达20.1%（美国centh公司宣布），而大面积模组的效率最高可达 13%。铜铟镓硒太阳能电池的最大问题在于铟的矿藏有限，加上硫化硒与镉的毒性与这四种材料不易精密控制，使得 CIGS 太阳能电池未能大量生产。在结构上，CIGS太阳能电池结构与其他薄膜太阳能电池最大的不同处在于其玻璃基板是在最底层，非在受光面，如图三。 近年来，在美国光伏计划“Thin Film Partnership Program”、日本和欧盟等项目推动下，很多大学、研究所和公司着重进行铜铟硒薄膜电池材料、组件产品及产业化技术的合作开发，在提高电池效率的同时，进一步降低该类电池产品的成本，在未来几年内实现小面积电池、商业化组件产品的效率分别达到23和15的目标，每平方米成本小于50美元，以期实现其性能价格比与传统能源相竞争。 近几年来，铜铟镓硒太阳能薄膜电池的市场需求出现快速发展态势。由于大面积薄膜沉积工艺、设备、工艺质量控制、大面积电池组件效率、组件产品等关键技术的突破，以及喷涂印刷、电沉积等新型低成本制备技术的出现，诸多公司纷纷扩大生产规模，并涌现出许多新兴公司。德国Wurth公司投资5000万欧元， 2007年建成15MWp铜铟硒薄膜电池生产线，其无镉缓冲层In2S3采用原子层沉积（ALD）的“干法”真空制备工艺；2008年日本Showa Shell和德国CIS Solartechnik公司分别建成20MWp生产线。本田公司即将建成27.5MWp生产线，目前组件效率约为12；德国Johanna公司已投资7200万欧元兴建30MWp生产线，并规划于2009年将生产规模增至60MWp；美国Nanosolar公司已募集1亿美元资金兴建铜铟硒生产线，吸收层薄膜沉积技术采用喷涂印刷工艺，计划将生产规模逐渐增至430MWp。 因此，从铜铟镓硒电池技术上的问题以及科学技术发展进程来看，当前国际发展铜铟镓硒薄膜电池除了进一步提高单体电池转换效率，有望突破20外，产业化的最主要的内容，一是开发新的工业化大面积沉积铜铟镓硒薄膜沉积系统；二是按照商品化要求制造组件，也就是开发大规模生产技术与铜铟硒电池商品组件的工业化技术。4、染料敏化太阳能电池（DSSC）染料敏化电池（Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC）由于结构简单，具有材料成本低及制程简单的优点，而且还可以用印刷方式进行大面积的大量生产。由于所使用的是有机染料，因此 DSSC 另有有机染料太阳能电池的名称。染料敏化电池的结构由两片玻璃基板、两片 TCO 与电极，而与其他薄膜太阳能电池最大的不同在于其中间使用液态的电解液、再加入光触媒与染料，其中电极材料以铂为主，电解液则以碘离子（I3-/I-）为主，另外以奈米二氧化钛（TiO2）做为光触媒，利用染料吸收太阳光，达成太阳能发电。目前为了增加实用性，已开始发展由可挠式基板取代玻璃基板，以胶态电解液甚至是固态电解液取代液态电解液。（四） CIGS薄膜太阳能电池的技术特点和德国centrotherm公司的优势1、铜铟镓硒太阳能薄膜电池特点和产业发展概况。CIGS是太阳能薄膜电池Cu(InGa)Se2的简写，具有稳定性好、抗辐照性能好、原材料消耗少、生产成本低、不衰减、弱光性能好、效率高等优点，光电转化效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本只是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。此外，该电池具有柔和、均匀的外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有很大市场。CIGS电池产业化瓶颈已经突破，随着晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨，世界很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势，到2010年，CIGS组件产能将达到1000MW。CIGS电池的主要缺点在于技术难度高、设备昂贵。产业化特点是高技术、高投入、高回报、高风险。对于CIGS产业化，应将重点放在提高组件性能和质量、提高良品率、扩大产能、降低成本、在生产过程中减小对环境的影响。 到目前为止，虽然有30多家公司置身于CIGS产业，真正进入市场开发的公司只有德国的centrotherm、Wuerth、Surlfulcell，美国的Global Solar Energy，日本的Honda、ShowaSolarShell。 中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区。2008年2月，山东孚日光伏科技有限公司宣布与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGS商业化生产线，该项目采用溅射后硒化生产工艺，年产能60MW，预计2009年第三季度投产。2009年，台湾威奈联合科技与美国百全公司宣布投资9800万美元在扬州建立一条35MW的CIGS太阳能电池，未来计划再建设200MW；香港耀飞发展（国际）有限公司和广东信宇投资有限公司宣布共同发起成立华茂能源科技有限公司，在广州投资5亿美元建立一条25MWcigs薄膜太阳能电池生产线和研发中心。铜铟镓硒电站的建设已经达到兆瓦级水平，据瑞士的SolarMax光伏并网逆变器公司提供的资料，2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦铜铟镓硒电站，并成功运行。另外，铜铟镓硒太阳能电池板也可做成柔性，其均匀的颜色和稳定的性能，更加适合与建筑一体化的应用。这必将加快CIGS的商业应用。2、铜铟镓硒电池的制造工艺比较CIGS电池的吸收层铜铟镓硒薄膜是一种多元化合物多晶半导体材料，元素配比是决定材料性能的主要因素。由于元素成分多，结构复杂，工艺中某一项参数略有偏差，则材料的电学性能和光学性能变化很大，制备过程难于控制。因此，CIGS薄膜是电池的核心材料，制备它的工艺技术方法即为它的技术路线。CIGS薄膜的制备技术有很多种，但实现商业化大规模生产的制备技术主要有硒化法、蒸发法和混合法。目前商业化生产的主流技术是蒸发法和硒化法，分别以德国Wuerth和德国centrotherm、日本Shell为代表。在所有采用碱石灰玻璃衬底的厂家中，从综合面积和平均效率来看，德国centrotherm公司处于顶尖水平，面积为1400mmx1100mm,转化率达12%，Wuerth、Shell、Honda、Johanna、Showa Shell、Sekeyi、Sulfurcell面积为1200mm600mm,转化效率在10%。（1）硒化法适合大规模生产，技术特点是能源消耗小，工艺过程容易控制。包括硒化氢硒化和固态源硒化，硒化后也可增加硫化过程，最终形成满足配比要求的多晶薄膜。金属预制层一般采用溅射方法，溅射金属预制层可以保证大面积薄膜的均匀性，通过控制溅射速率和溅射时间可以实现对薄膜厚度和元素比例的精确控制。难点主要集中在后硒化工艺，如硒气氛的气流、衬底加热器的分布和过程控制等。但该技术路线的问题是H2Se(硒化氢)属于有毒危险气体。此外制备CIGS薄膜时间长，设备比较庞大，原材料消耗和生产设备成本高于蒸发法技术路线，但较