薄膜光伏技术商业化的关键问题

1、薄膜光伏技术商业化的关键问题作者：Harin S. Ullal, Bolko von Roedern, National Center for Photovoltaics, National Renewable Energy Laboratory薄膜光伏在美国的市场占有率持续快速上升，已从2003年的10%升至2006年的44%。预计到2010年全世界薄膜光伏4小，图1.美国历年薄膜 光伏产业的市场占有率。产能将大于3700MW。德国的萨克森州目前在正在建设一个40MW的碲化镉薄膜太阳能 电池厂，耗资1.3亿欧元，相当于整个光伏系统的平均建设费为3.25欧元/W。这创造了 世界已建光伏系统的最

2、低价格。有关薄膜CIGS和CdTe关键问题的研究、开发及技术问 题的解决仍在进展中。在过去几年内，随着基于铜钢镓硒（CIGS）和碑化镉（CdTe）的薄膜光伏技术继续 进入各种应用市场，光伏技术取得了重大的突破。2006年全世界薄膜光伏市场占有率低于 6%。然而，美国的薄膜光伏市场占有率持续快速增长，据报道在2006年已超过44%1 （图1）。实现这一成功的主要原因是由位于俄亥俄州Perrysburg的First Solar 公司， 其制造能力表现出咄咄逼人的增长前景。在o-Si方面，位于密歇根州Auburn Hills市的 Uni-Solar 公图2. First Solar公司在美国的90M

3、W薄膜 生产厂。司继续在美国占据主导地位。两家公司2006年的报告都显示出强劲的增长，2007年预计 会更好。我们将CIGS薄膜和CdTe薄膜的研究、开发及技术问题归结为生产规模增至数千瓦 而带来的技术问题。仅就CIGS薄膜的吸收层而言，目前世界各地就有约10个沉积工艺正 在开发中。急需对吸收层的沉积进行标准化，这样才有助于薄膜光伏产品的大规模生产，以及降低产品模块的单位成本。对于CdTe薄膜而言，稳定的背面接触为研究人员提供了一个 制造更加可靠的薄膜光伏产品的机会。大量采用薄膜光伏技术的应用正在开展，包括建筑一体化光伏（BIPV），屋顶应用， 以及工具尺度应用。薄膜光伏的商业化美国及世界范围

4、内的几家薄膜光伏公司正在积极地参与a-Si、CIGS及CdTe薄膜光伏技术的扩大化及商业化。表1伏技术的扩大化及商业化。表1总表1美国的薄膜PV公司结了众多美国公司的关注领域。约有16家公司正在美国开展a-Si及薄膜Si光伏产品的研发和商用。显然，美国的领 导者是Uni-Solar公司，其2006年的安装量为60MW。2007年又一个60MW即将上马， 总计产能120MW。美国国家可再生能源实验室（NREL）支持Uni-Solar公司进行多结太 阳能电池的技术开发。应用材料公司为单结及叠层a-Si/nano-Si太阳能电池的生产提供整 套方案。到目前为止，应用材料公司已经在世界各地完成了超过2

5、00MW的销售，例如中 国、印度、德国、西班牙和台湾地区。在美国，已有15家CIGS公司采用几种沉积方法以 促进薄膜CIGS吸收层的生长。对这些新兴公司而言，这既是机会，同时也是一个挑战。 最终，8家公司正在扩大CdTe薄膜光伏技术的规模。据报道，First Solar公司在所有薄膜光伏技术公司中全球销量第一。他们在俄亥俄州 的Perrysburg拥有超过90MW的装机能力，能够生产CdTe薄膜功率模块（图2）。公 司最近又在德国新建了一家具有120MW安装产力的工厂。此外还将于2009年在马来西 亚完成240MW的制造能力。到2009年全球总目标约为450MW，将使其成为世界领先 的光伏图3

6、.历年CdTe薄膜的产能与成本缩减的趋势。（来源：First Solar）公司之一。此外，NREL曾将首份转包合同授予其前身公司一一俄亥俄州Solar Cells公司 以用于1991年CdTe薄膜太阳能电池和模块的技术开发，并曾支持该公司进行薄膜光伏产品商用性的技术开发。图 3 显示了 First Solar 公司 CdTe 薄膜光伏模块的制造成本。随着经营 规模的扩大可实现成本的节约，制造 成本已经大幅度下降，从2004年的 2.94 美元/W（6MW）降至现在的 1.25 美元/W（90MW）2。由于成 产力、模块效率以及成品率的提高， 预计到2012年生产成本将降低到 0.70 美元/W

7、，因此这将使太阳能技 术获得对传统电网的潜在价格优势。光伏产品商用性的技术开发。围在每年5至27MW之间。同时，表2用于CIGS沉积的方法全球有5家公司目前可提供商用CIGS薄膜光伏产品：Wurth Solar（德国）、Global Solar 围在每年5至27MW之间。同时，表2用于CIGS沉积的方法正积极开发CIGS薄膜光伏技术。这些公司采用大约10种不同的沉积方法来生长薄的 CIGS吸收层，如表2所示。商用产品的吸收层通常采用共蒸发或像硒化后溅射沉积前驱体 两步的工艺。所有的公司都通过采用溅射钼来作为背面接触，并且大多数采用溅射或化学 气相沉积ZnO锌作为正面接触技术研发的关键问题尽管新

8、兴公司全力研发薄膜光伏技术，但几项关键技术仍待解决。对于CIGS薄膜光 伏技术而言，在开发低成本高可靠性产品时，下面六类问题是至关重要的：用于生长CIGS吸收膜设备的标准化。更高的模块效率。防止水气进入柔性CIGS模块中。用替换工艺沉积柱状的CIGS结构，用于高效单元及模块。更薄的吸收层（1pm）0大面积CIGS吸收膜的化学成分控制及均一性。而对于CdTe薄膜技术，图 4.由 First Solar 和 JuwiSolar公司共同在德国萨克森州安装40MW CdTe薄膜太阳能电池场，将于2009 年初完工。包括以下五项关键问题：用于沉积吸收层设备的标准化。更高的模块效率。背面接触的可靠性。降低

9、吸收层厚度（1pm）0大面积内均一性的控制。应用及产能随着薄膜光伏技术的成熟，新安装的太阳能电池阵列在规模上将越来越大。First Solar 公司与德国的J uwi Solar公司共同在德国萨克森州安装了一个40MW CdTe薄膜太阳能 电池场。图4是正在建设中的工程，预计2009年初完工。到目前为止，已安装了 6MW的 太阳能电池场。当完工时，这将成为世界上最大的太阳能电池场之一。工程总价值1.3亿 欧元。因此，新安装的光伏系统价格为3.25马克/W，也是世界上最低的光伏系统安装价 格。图5是日本本田公司在一栋建筑物上安装CIGS薄膜的正面图。该系统规模约为80kW。预计到2010年，薄膜

10、光伏技术的全球总产能将超过3700MW。预计美国将会达到1127MW，日本 1312MW，欧洲 793MW，亚洲 472MW。图5.日本本田公司的建筑一体化CIGS薄膜的正面图。最近的一个重大新闻：夏普公司最近宣布，将于2010年前在日本建成一个1000MW的薄 膜工厂。该项技术一一据推测可能是微形态多结太阳能模块一一将会显著降低光伏的制造成 本，使其与传统能源相比有潜在的价格优势。总结与展望a-Si与CdTe薄膜光伏技术正在快速进入商业市场。多家CIGS薄膜公司也将功率模 块推进市场。在美国，2006年薄膜太阳能的市场分额约为44%，2007年预计超过Si 的销量。若这些薄膜光伏公司计划进入市场，则几项关键的研究开发及技术问题有待解决。 根据薄膜光伏的全球产能规划，预计到2010年将超过3700MW，而First Solar公司全 球目标是2009年达到450MW，夏普公司在2010年达到1000MW。因扩大规模而降