5mw非晶硅太阳电池生产线项目可行性研究报告

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目录1项目的提出2太阳能光伏技术对我国未来节能减排的贡献2.1世界对可再生能源减排作用的估计2.2太阳能利用技术对我国未来节能减排作用的估计3项目的可行性3.1世界光伏产业的市场发展现状及趋势3.2中国光伏产业和市场发展现状及趋势3.3非晶硅太阳电池的优势3.4黑龙江哈克新能源有限公司－我国非晶硅太阳电池产业的开拓者3.5采用先进技术，扩大生产规模的必要性和可行性4非晶硅太阳电池生产线经济效益分析4.15MWp双结非晶硅太阳电池生产线经济效益分析4.240-60MWp非晶-微晶硅太阳电池生产线经济效益分析5研究结论和项目建议5.1可行性研究结论5.2项目建议非晶硅太阳电池生产线项目可行性研究报告1项目的提出近年来，在严峻的能源替代形势和人类生态环境（地球变暖）的压力下，在持续的技术进步和逐步完善的法规政策的强力推动下，包括光伏发电产业在内的可再生能源产业在未来的人类能源结构中占有越来越重要的地位，世界及我国太阳能光伏发电产业和市场一直在快速发展，太阳能光伏发电已成为世界发展最快的产业。中国第十届太阳能光伏会议《常州宣言》（2008/09/22）指出：“未来十年，是光伏发电向替代能源冲刺的十年”。黑龙江哈克新能源有限公司（原哈尔滨克罗拉太阳能电力公司）作为我国最早从事非晶硅太阳电池制造的企业，也是当时我国最大的非晶硅太阳电池制造基地，要在未来的市场竞争中站稳脚跟、不断发展，在未来新能源行业拥有重要地位，为我国节能减排和环保事业做出更多贡献，就必须与时俱进，要有科技含量高、能适应市场要求的太阳电池产品，并要具有一定规模的产能。针对非晶硅太阳电池与晶硅太阳电池相比所具有的特点及发展趋势，根据我公司科技研发的成果及生产经营管理经验，经过对国内生产厂商技术、设备和市场情况调研及对国际光伏行业了解研究的基础上，拟突出技术创新，采用国际先进技术提升技术水平和扩大产能。在原有的1MWp非晶硅太阳电池生产线继续运行的基础上，再建设一条年产能5MWp的双结非晶硅太阳电池生产线，并将太阳达成的光电转换效率从现在的5.6%提高到6.8%，成为国内具有较大规模且技术先进的太阳电池制造企业，继而在条件成熟时，争取资本市场融资，规划建设40-60MWp非晶-微晶硅太阳电池生产线以及柔性衬底非晶硅太阳电池生产线，成为最大的非晶硅太阳电池生产企业之一。2太阳能光伏技术对我国未来节能减排的贡献2.1世界对可再生能源减排作用的估计可再生能源不但是重要的后续能源，而且对未来减排CO2将发挥重要作用。根据国际组织预测，本世纪中叶可再生能源在一次性能源消耗中将超过50%，可以预测，随着可再生能源的快速发展，对未来CO2减排的贡献会越来越大。世界银行全球基金（GEF）项目，对未来CO2的排放做了如下预估，如果不采取措施，至2050年，大气中CO2的含量就是现在的3.5倍。如果积极采取各种清洁能源替代技术，在25年内就可看到明显效果，在40年内可把大气中CO2的含量降到现在的水平。两种情况下的CO2排放结果量放排况下情同不CO2代年量放排况下情同不CO2代年200020102020203020402050单纯化石燃料，不采取清洁能源100140150190270350采取各种清洁能源替代技术1001351351401201002.2太阳能利用技术对我国未来节能减排作用的估计太阳能光伏发电是一个纯物理过程，没有任何排放。但光伏发电设备在其制造过程中使用的是常规能源，因此从整体上分析，也有CO2的排放。但是，光伏系统每投入1千瓦时电能就将生产出无排放的15千瓦时电力，因而光伏发电CO2的排放比是常规燃料的1/15。若我公司新的5MWp太阳电池生产线建成并投产，则每年可为市场提供5MWp太阳电池用来发电，每年可发电1,225万千瓦时，节省煤炭4,050吨，同时减排CO21.1万吨，按生产线运行20年，太阳能光伏电源运行20年计算，累计可提供电力49亿度，节省煤炭162万吨※，减排CO2440万吨。若进一步规划的40-60MWp太阳电池生产线建成并投产，则每年可为市场提供约50MWp太阳电池用来发电，每年可发电12,250万千瓦时，节省煤炭40,500吨，同时减排CO211万吨，按生产线运行20年，太阳能光伏电源运行20年计算，累计可提供电力490亿度，节省煤炭1620万吨※，减排CO24400万吨。※我国目前热电煤当量：2010－330gc/kwhe3项目的可行性3.1世界光伏产业的市场发展现状及趋势3.1.1太阳能以其无污染、无运输、无垄断、维护简单、运行安全和永不枯竭等特点，被公认为是解决能源与环境两大问题的一个最佳选择。不少国家已将发展太阳能作为近中期的主要替代能源和中长期的主体能源。以太阳电池的年产量为例，最近10年的年平均增长率为41.3％（世界年产量由1997年的125.8MWp增加到2007年的4,000.05MWp），而最近5年的年平均增长率更达到了49.5％（世界年产量由2002年的536.8MWp增加到2007年的4,000.05MWp），尽管因高纯硅材料短缺影响了晶体硅太阳电池的产量，但2006和2007年的年增长率仍然分别达到42.9％和56.2％，一个产业如此快速发展在世界上是极为罕见的。表1为过去10年世界太阳电池的年发货量和累计用量（GWp），表2为2006、2007年不同国家和地区太阳电池产量及份额，图1为2007年世界主要国家和地区太阳电池产量份额。表1.过去10年世界太阳电池/组件的年发货量和累计用量（GWp）年份1998199920002001200220032004200520062007累计用量0.9461.1471.4341.8252.3863.1304.336.098.6512.64年发货量0.1550.2010.2880.3740.5370.7471.21.792.564.00增长率（％）23.129.643.330.143.539.260.849.342.956.2数据来源：PVNewsPaulMaycock(PhotonInternational3/2006)，﹡经过本报告修正表2.2006、2007年世界不同国家和地区太阳电池产量及份额国家和地区2006年2007年产量（MWp）份额（%）产量（MWp）份额（%）日本926.936.19920.023.00中国大陆438.017.101088.027.20中国台湾169.56.62368.09.20德国508.019.83810.020.25欧洲其他172.36.73252.86.32美国179.67.01266.16.65世界其他166.96.52295.157.38合计﹡2561.21004000.05100图1：2007年世界主要国家和地区光伏电池份额3.1.2世界光伏发电的发展趋势及预测21世纪前半期是人类能源结构发生根本变革的时期，在这个变革过程中，可再生能源将逐渐替代常规化石燃料能源。世界许多国家和机构根据常规化石燃料消耗和枯竭速度以及社会总耗能需求的增加，得出了可再生能源替代常规化石燃料的基本一致的预测结果，如表3所示：表3.可再生能源替代常规能源预测年代2000201020202030204020502100替代比（％）～5～10～20～30～40>50>80太阳能光伏发电是各国最着力发展的可再生能源技术之一,世界能源组织(IEA)及欧洲光伏工业协会对太阳能光伏发电的未来发展作出以下预测：2020年世界光伏组件年产量40GWp，光伏发电总装机容量195GWp，发电量274TWh，占全球发电量的1%；2040年光伏发电量7368TWh，占全球发电量的21%(资料来源：RenewableEnergyWorld，2003)。3.1.3单晶硅电池的试验室效率已经从50年代的6%提高到目前的实验室效率24.7%，多晶硅电池的实验室效率也已达到了20.3%。薄膜电池的研究工作也获得了很大成功，非晶硅薄膜电池实验室稳定效率达到了13%。其它新型电池，如多晶硅薄膜电池、燃料敏化电池、有机电池等不断取得进展，更高效率的新概念电池也受到广泛重视。图2是2004年各种电池技术的市场份额，其中多晶硅56％，单晶硅29％，非晶硅5％。多晶硅电池自1998年开始超过单晶硅后一直持续扩展，包括非晶硅太阳电池在内的各种薄膜电池的生产量近年来也在稳定增加，反映出技术进步的推动力量。图2：2004年各种电池技术所占市场份额3.2中国光伏产业和市场发展现状及趋势3.2.1中国光伏产业发展状况我国太阳电池产业通过上世纪八十年代的初步形成期，九十年代的稳定发展期，进入本世纪以后我国太阳电池的生产进入快速发展期；截至到2005年底，太阳电池生产能力超过300MWp，产量达到145.7MWp，赶上了美国，占世界太阳电池总产量的8.3％，其中晶硅电池133MWp，非晶硅电池12.7MWp。2007年我国太阳电池产量达到了1,088MWp，占世界产量的27.20%，跃居全球第一位。围绕着太阳电池生产，我国逐步形成了一个较完整的光伏产业链。例如无锡尚德太阳能有限公司自2001年5月建厂以来，在2003～2004年间持续扩产达到82MWp生产能力，随着太阳电池市场的兴起，2005年无锡尚德开始飞速发展，并打通资本市场，2005年12月14日在美国上市，无锡尚德公司总裁施正荣博士身价跃至14.416亿美元，施正荣不仅创造了短短五年间财富积累的神话，更让全世界的投资者看到了中国太阳能光伏产业的勃勃生机。3.2.2中国光伏发电的发展规划和预测我国政府重视可再生能源的发展及应用，2006年1月起，我国开始实施《可再生能源法》。截止到2004年底，我国可再生能源总量为0.56亿吨标准煤，占全国能源消耗总量的3％。太阳能光伏发电是可再生能源发展的重要组成部分，国家第一次在“十一五”（2006～2010年）计划和中长远规划中列出了光伏发电的规模目标，这不仅反映出我国政府对光伏发电的重视，而且对我国太阳能光伏产业的发展将起到指导和推动作用。表4.中国太阳能光伏发电规划（至2020年）和预测（至2050年）年份2010202020302050装机（万千瓦）35180300060000年发电量（亿千瓦时）4.221.64209000按照上述规划到2010年，中国光伏发电的累计装机将达到300MWp、到2020年将达到1.8GWp、到2050年将达到600GWp。按照中国电力科学院的预测，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25％，其中光伏发电将占5％。国家发改委在2005年3月下发的《关于组织实施可再生能源和新能源高技术产业化专项的通知》中，将太阳能光伏发电列为专项重点领域。2007年3月16日，哈尔滨市科技局召开了新能源与节能技术领域专家座谈会，按照国家科技部的要求，把新能源技术作为当年的重点突破项目，并在《新能源与节能技术创新工程实施方案》中将高效低成本非晶硅、晶体硅太阳光伏电池及组件的技术发展作为主要目标及任务。3.3非晶硅太阳电池的优势3.3.1多晶硅原材料短缺制约我国光伏产业的发展因为多晶硅太阳电池制造工艺简单，较具成本优势，近年来获得快速发展。我国2005年太阳电池产量145.7MWp，多晶硅占了76％。由于光伏产业的迅速发展，多晶硅原材料的紧缺情况越来越严重。2005年全世界太阳电池产量1,818MWp，其中晶硅电池约1,700MWp，以多晶硅消耗量12吨/MWp计算，2005年太阳电池用多晶硅总需求量为2.04万吨。多晶硅厂商供应了1.5万吨，半导体行业废弃的硅而可被光伏产业重新利用的约0.3万吨，这样就出现了大约2.400吨的缺口。由于供求关系紧张，多晶硅原材料的价格持续上涨。2001～2003年，太阳级多晶硅原材料的销售价格为25美元/公斤，2005年世界市场超过50美元/公斤，黑市超过100美元/公斤，而且继续保持上涨趋势。据中国工程院专家调查，2005年我国对多晶硅的需求量为3800吨，其中光伏产业需求2690吨，而2004年我国多晶硅的产量只有60吨，即使全部供应光伏产业，也仅是市场需求的2.6％。其余只能依赖进口。到2010年，我国光伏级多晶硅年需求量将达4200吨。事实上，多晶硅的上游原材料石英砂在我国并不缺乏，但将其提纯为高纯硅材料的先进技术基本上掌握在美国、日本和德国几家生产商手中，基于技术和市场垄断的需要，这些生产商既不向中国转让技术，也不与中国企业合资、合作建厂。目前，国内虽有40多家小型公司在研究多晶硅提纯技术，但仍然没有突破性地进展，预计多晶硅原材料紧缺的状况将持续到2010年之后。这不仅限制了太阳电池产量的增长，而且使晶体硅电池的成本持续保持在3～4美元/Wp的水平，严重制约了光伏产业和市场的发展。与此同时，光伏发电产业的专家和企业家已经意识到，高纯硅提纯过程中大量消耗能源并伴有严重的环境污染，严重影响了晶硅发电的能源投入产出比，这势必制约未来晶体硅发电的普及应用和发展，因而许多厂商纷纷转向非晶硅太阳电池的生产和研发。3.3.2高纯硅材料的紧张，限制了多晶硅太阳电池产业的增长，这却给非晶硅太阳电池以及薄膜太阳电池带来了发展的机遇。非晶硅太阳电池是以硅烷及其它特种气体为原料通过等离子体化学气相沉积法（PlasmaEnhancedChemicalVaporDepositiom）即PECVD法在玻璃等基板上形成非晶硅半导体薄膜而制成的。由于非晶硅半导体薄膜对光的吸收系数大，其产生光电转换的层面（包括半导体层及接触层）仅仅只有1μm至几μm厚，不像晶体硅太阳电池硅片的厚度达250～300μm，因此，非晶硅太阳电池不受制于高纯硅材料的紧缺。在上个世纪八十年代中期，当单结（P-I-N结）非晶硅太阳电池实现大面积工业化生产时，曾形成了“非晶硅热”；但在实际使用中发现，单结非晶硅太阳电池不但光电转换效率低（5.6％），且光致衰减比较厉害（25％～30％），稳定性比较差，无法进入主流的光伏发电市场，而多应用于小功率的消费类电子产品市场。近年来，非晶硅太阳电池技术研发迅速进展，双结或多结（Multijunction）非晶硅及非晶-微晶太阳电池技术及成套制造设备相继问世，大大减少了光照后功率衰减的现象，且可吸收不同波段的太阳光，因此光电转换效率也获得大幅度提高，目前稳定的转换效率已达6.5％～9％，装置容量达数百万瓦级的非晶硅太阳电池发电系统已经纷纷建设。非晶硅及非晶-微晶薄膜太阳电池与晶体硅太阳电池相比有以下优势：A.原材料成本低a.硅薄膜电池厚度只有微米（μm）级，比晶体硅电池薄100倍；b.采用玻璃、不锈钢、塑料等作衬底材料；c.生产薄膜硅的主要材料为SiH4、H2等，原材料丰富且价格便宜；B.制造成本低a.采用低温工艺（200～220℃b.材料与器件同步完成，工艺简单；c.便于大面积连续化生产，目前产品的尺寸达1.4～5.7m2C.易于进行双玻璃密封，其寿命不仅可与晶体硅电池组件不相上下，而且耐用因为非晶硅电池的连接使用内联集成电路，而晶体硅太阳电池的晶片是通过焊接电池上分散的金属条连接在一起的。晶硅组件经常发生的短路和断路问题对非晶硅薄膜组件基本上不可能发生，这对组件的寿命是很重要的。另外，薄膜沉积在前片玻璃的背面，因此密封聚合体和EVA都在电池后面，不会挡住阳光传输，因此由于EVA发黄而导致的晶硅电池组件功率降低现象在非晶硅组件上不会发生；D.发电性能好a.高温性能好：太阳电池的电特性是负温度系数，相对其它太阳电池来说，非晶硅电池在温度增高的情况下丧失的效率较少，因为非晶硅的温度系数较低；b.弱光性能好：安装在太阳能电站系统中的太阳电池组件只有很少的时间接收每平方米1000瓦的强光辐照，日出日落和阴天时光强很低。在弱光下，非晶硅电池相对晶体硅电池有很大优势。非晶硅电池在光强很弱的情况下依旧发电运行，而晶体硅电池不行。非晶硅电池较好的高温特性和弱光特性使同等功率的非晶硅电池组件比晶体硅电池组件的发电量高。例如，经过两年的户外试验结果表明，美国Uni-Solar公司2.5KW不锈钢非晶硅电池组件比相同功率的晶体硅电池组件多产生22％的电力；牛津大学在英国牛津和西班牙马罗卡分别安装相同功率的11个厂家的非晶硅和晶体硅电池组件，安装在英国牛津的非晶硅电池组件比晶体硅电池组件多发电13.6％，安装在西班牙马罗卡的非晶硅电池组件比晶体硅电池组件多发电20.7％；c.柔和的I-V特性：非晶硅电池相对于晶体硅电池的另一个优势是其电流电压特性曲线较柔和，更易于达到最大功率，而对晶体电池来说，如果运行电压超过最大允许功率额，则电力迅速下降；E.光电建筑（BIPV.BuidingIntegratedPhotovoltaic）应用优势明显在光电建筑一体化应用中，非晶硅薄膜比晶体硅更适合，一是非晶硅薄膜电池可做成半透光型，因而能吸收漫射光源。二是从建筑美学观点上看来，非晶硅薄膜电池的颜色比较美观、耐看；F.柔性太阳电池的优势非晶硅太阳电池可用金属薄片（如不锈钢带）或高分子材料膜为基材，制成柔性太阳电池。柔性太阳电池可以贴在曲面物体上，充分利用安装表面，由于其功率重量比大，可以应用在升空的平流层飞艇上，为飞艇供应电力，用于国防及通讯技术，很有前途；G.价格优势目前非晶硅电池的平均成本为1.5美元/Wp，晶体硅电池为3美元/Wp，但非晶硅电池组件的售价仅比晶体硅便宜三分之一，而且非晶硅薄膜电池还有较大的降低成本的空间；随着技术进步和生产规模增大，平均成本将降至1美元/Wp以下。H.节能环保非晶硅电池制造过程中，消耗能源较少，从产业链的全过程看能源的投入产出比高，且不会造成环境污染；正由于非晶硅太阳电池具有以上优势，在高纯硅材料紧缺的压力下，国际上许多著名的太阳电池厂家如美国的Uni-Solar、日本的柯尼卡（Kaneka）、京瓷（Kyocera）、三洋（Sanyo）、松下（Panasonic），荷兰壳牌太阳能（ShellSolar）纷纷建设非晶硅太阳电池生产线，作为其光伏产业布局的重点。在我国天津、北京、上海、福建泉州、山东东营、安徽蚌埠，甚至无锡尚德都已经建成或正在建设非晶硅薄膜太阳电池生产线。专家分析，到2030年，以非晶硅太阳电池为主体的薄膜电池的产量将超过晶硅体太阳电池。表6所示2002～2030年世界各类太阳电池产值统计及预测。表5.世界各类太阳电池产值统计及预测年份2002200520102015202020252030结晶硅（千万美元）129285100218004800840011400薄膜式（千万美元）615874001600540013300新材料（千万美元）～～212006003000133003.3.3大面积双结非晶硅太阳电池制造工艺过程a.CVD玻璃准备：磨边、清洗；b.激光切割二氧化锡层：激光切割二氧化锡是子电池内部串联的第一步，使用双束激光系统，将二氧化锡层自动切割成相互独立的部分。激光波长：1.06um；二氧化锡薄膜厚度：0.7～0.8um；二氧化锡薄膜槽宽：50um；c.非晶硅薄膜沉积：非晶硅薄膜沉积是电池组件制造过程中的关键工序之一，该工序设备复杂，操作程序直接关系组件的质量，包括基片装盒、基片预热、非晶硅沉积、电池片冷却等，主要工艺参数为：基片预热升温速度：1～2℃/分钟；本底真空度：10-6torr；衬底温度：190～230℃；沉积气压：5×10-1～5×10-1torr；SiH4气体流量：1050sccm；掺磷浓度：～1%；掺硼浓度：～1%；RF功率：～50MW/cm2；RF频率：13.56MHz；硅基薄膜生长速率：0.1nm～0.15nm/s；电池片冷却室降温速度：1～2℃/分钟；d.铝背电极蒸铝与激光切铝；e.中间测试；f.边绝缘及EVA玻璃背板层压、封装；3.4黑龙江哈克新能源有限公司—我国非晶硅太阳电池产业的开拓者3.4.1黑龙江哈克新能源有限公司前身是哈尔滨克罗拉太阳能电力公司，成立于1986年。在哈尔滨市政府的大力支持下，引进当时国际上最先进的美国克罗拉公司（ChronarCorp）年产能为1MWp的非晶硅太阳电池生产线，经过艰苦的努力，公司全面掌握了生产工艺及设备维护的技术，并培养了一批经验丰富的工程技术人员和技术工人队伍。该生产线的引进，使我国的非晶硅太阳电池制造技术一下子前进了20年，成为当时国内最大的太阳电池生产线。时隔20年，生产线仍然正常运行，2007年太阳电池产量达到1.2MWp，公司对太阳电池生产线经营管理的经验为国内外同行所瞩目。3.4.2公司秉持“引进、消化、吸收、创新”的原则，大力开展新工艺、新产品及技术创新工作。A.在组件封装技术上，开展了玻璃背板封装技术的研究、并用于实际。B.研究并应用了非晶硅太阳电池边缘保护工艺。C.研制了太阳电池短路修复仪，大大提高太阳电池的产量及质量。D.研制了适合于我国农牧区家庭用电的50Wp、100Wp及200Wp小型太阳能光伏电源，广泛应用于我国西部、西北、内蒙及东北地区，为千家万户送去了光明，为社会主义新农村建设做出了贡献。E.研制了用于林业防火监视系统、水文测报系统、县乡通讯系统、地质勘探系统、解放军边防、海防通讯系统的500～5000Wp交流供电太阳能电源系统。F.为西藏自治区100家乡级广播电视接收站配置了太阳能电源系统。G.公司还根据市场的需求，开发了许多具有时代气息的太阳能系列产品，主要有：太阳能充电器、钟表、风凉帽、手提灯、草坪灯、排风扇、收音机等一系列应用产品。公司还瞄准世界上非晶硅太阳电池技术的新发展，积极a.研发并制造了适于弱光条件下使用的计算器用薄型太阳电池芯片，形成了年产120万片的生产能力。b.研发了双结非晶硅太阳电池，其稳定效率达到6.6％。c.研制了以聚酰亚胺透光薄膜为衬底的柔性非晶硅太阳电池，基本上掌握了柔性太阳电池的工艺技术。3.4.3努力开拓市场，建立市场营销在上世纪80年代中期，当我们的生产线投产时，许多人，特别是边远地区的农牧民对太阳电池发电根本不了解，不相信，因此公司的市场开拓经历了长期的艰苦的历程。时至今日，公司的产品已经被广大用户所了解，几年来一直供不应求，公司的产品一部分应用于小型太阳能电源系统，一部分切割成小规格电池片，供应生产灯具的厂家，还有相当一部分出口到澳洲、非洲、西欧及东南亚地区，公司自己拥有长期稳定的销售网络。3.5采用先进技术、扩大生产规模的必要性和可行性黑龙江哈克新能源有限公司在20年前引进的非晶硅太阳电池生产线，属于早期技术且生产规模小，产品已经无法满足市场需求，生产规模也不能适应市场竞争的要求，市场将逐步被双结非晶硅电池、新一代单结非晶硅电池及非晶-微晶电池所取代。在光伏产业高速发展的今天，公司必须采用当前先进的技术，建设大产能的非晶硅太阳电池生产线，以科技含量更高的产品和更经济的生产规模才能满足市场需求、迎接市场竞争的挑战。公司经过20多年的发展，形成了成熟有效的生产、销售、管理和研发模式，积累了丰富的经验，拥有一支经验丰富和熟练掌握非晶硅制造工艺技术的生产、技术和管理人员队伍，建立了稳定的市场销售渠道并拥有较高的行业知名度，因此采用先进的非晶硅生产技术、扩建生产规模，建设大产能的非晶硅太阳电池生产线是可行的。4非晶硅太阳电池生产线经济效益分析4.15MWp双结非晶硅太阳电池生产线经济效益分析4.1.1其中：股东投资：6500万元招商引资：6000万元4.1.2项目序号设备名称（或支出项目）数量资金预算用途1PECVD系统2套4,900非晶硅气相沉积2激光切膜机（SnO2）4台370刻划透明导电膜3绿色激光切割机4台420刻划非晶硅膜4磁控溅射设备4台1,100制备铝背电极、背及射膜5玻璃切割－清洗设备4台300切割、清洗透明导电玻璃6封装层压机8台400太阳电池封装7太阳电池测试仪2台260太阳电池性能检测8超声波滚焊机2台140太阳电池焊接9尾气处理系统1套120非晶硅沉积尾气处理10厂房、土地1,990达到新生产线安装要求11空调净化系统600达到半导体生产要求12不可预见费用40013流动资金1500合计12,5004.1.34.1.3①原材料成本：7元/MWp原材料包括透明导电玻璃、纯硅烷及P气、N气等特种气体、磁控溅射靶材、封装材料等。②车间成本：8.7元/MWpa.生产线工人三班运行，加上生产管理人员约60人的工资；b.每月水电消耗；c.设备备件的采购及维修费用；③工厂成本：9.7元/MWp公司管理人员、科技人员及职能部门人员约40人的工资；b.新产品、新技术研发费用；c.公司各项日常管理费用支出；d.销售费用；产品销售价格目前，双结非晶硅太阳电池的国际市场（成交价）为3美元/Wp左右，保守预测，售价为20元/MWp。这样在国内外都有很强的竞争力；4.1.3①利润率每峰瓦（Wp）太阳电池的利润＝售价-工厂成本-税金＝20-9.7-1.4＝8.9元税前利润率约为44.5％；②年利税年利税总额=销售总额-工厂总成本-固定资产年折旧=10000-4850-1250=3900万元4.240-60MWp非晶硅-微晶硅太阳电池生产线经济效益分析4.2.1项目总投资：a.在5MWp生产线正常运转基础上，从资本市场融资b.项目分两期建设：一期投资54000万元，建设40MWp大面积非晶硅太阳电池生产线；二期投资9000万元，将40MWp大面积非晶硅太阳电池生产线升级为60MWp微晶硅太阳电池生产线；.①原材料成本：7元/MWp原材料包括透明导电玻璃、纯硅烷及P气、N气等特种气体、磁控溅射靶材、封装材料等。②车间成本：8元/MWpa.生产线工人三班运行，加上管理人员约60人的工资；b.每月水电消耗；c.设备备件的采购及维修费用；③工厂成本：8.6元/MWp公司管理人员、科技人员及职能部门人员约40人的工资；b.新产品、新技术研发费用；c.公司各项日常管理费用支出；d.销售费用；4.2.2目前，大面积、高转化率的非晶硅太阳电池较少，售价较高，可参照双节非晶硅太阳电池售价20元/Wp进行保守测算。这样将来在国内外市场销售时，会有很强的价格竞争力；4.2.①利润率每峰瓦（Wp）太阳电池的利润＝售价-工厂成本-税金＝20-8.6-1.7＝9.7元税前利润率约为48.5％；②年利税年利税总额=销售总额-工厂总成本-固定资产年折旧=80000-34400-5400=40200万元5研究结论和项目建议5.1可行性研究结论a、太阳能光伏发电必将成为继水力、风力发电后新型清洁能源的重要组成部分，在未来人类能源结构中占有举足轻重的地位。光伏产业迅猛发展，光伏企业也必将取得良好的经济效益，同时能够取得节能减排、保护环境的巨大社会效益。b、非晶硅薄膜太阳电池以及未来的非晶-微晶硅叠层太阳电池以其低成本、低能耗、低资源消耗、无污染、易于大规模生产、应用范围广等优势，代表了产业未来发展方向，产品目前和未来的市场经济效益良好。c、黑龙江哈克新能源有限公司作为中国最早进行非晶硅太阳电池的生产企业，经过20多年的发展，拥有成熟的生产管理组织和管理经验，拥有稳定的市场销售渠道和行业知名度，培养了一支经验丰富和熟练掌握非晶硅制造工艺技术的生产、技术和管理人员队伍。投资扩建生产线不仅可行，而且比其他企业更具有优势。5.2项目建议为了适应市场需求、减小一次性投资过大的筹资压力，降低投资回收风险，可把项目分三期投资建设：一期投资12500万人民币，在公司现有设施的基础上扩建改造，建设5MWp生产线，在短期内就可形成生产能力，生产目前市场主流的双节非晶硅太阳电池产品，开拓占领欧美市场，形成稳定的市场渠道，创造良好的经济效益，增强公司进一步发展的自身筹资能力；二期投资54000万元（届时设备报价会有所降低，投资规模从而下降），40MWp生产线，拥有先进的技术和更加经济的生产规模，取得更好的经济效益；三期投资9000万元，将40MWp生产线升级为60MWp非晶-微晶硅生产线，不断扩大生产规模，占据技术领先地位，保持市场竞争优势。黑龙江哈克新能源有限公司2009年1月

非晶硅太阳能电池行业调研报告一、太阳能电池概述1.1太阳能电池原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。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。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。1.2太阳能电池种类太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）,铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。1.3太阳能电池发展趋势市场发展的需求和发电成本降低的需要是太阳能光伏技术发展的“原动力”；同时，技术进步也是促进光伏产业发展的重要因素。几十年来，围绕着降低成本的各种研究工作取得了辉煌成就，表现在电池效率不断提高、硅片厚度持续减薄、新材料应用、产业化技术改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性作用。1.3.1电池效率不断提高单晶硅电池的实验室效率已经从50年代的6％提高目前的24.7％（商业化效率16～20％）；多晶硅电池实验室效率目前达到了20.3％（商业化效率14～16％）。薄膜电池的研究工作也获得了很大成功，非晶硅薄膜电池实验室稳定效率达到了13％、碲化镉（CdTe）电池实验室稳定效率达到16.4％、铜铟硒（CIS）电池实验室效率达到19.5％。其他新型电池，如多晶硅薄膜电池、染料敏化电池、有机电池等不断取得进展，更高效率的复合型电池也受到广泛的关注。年份薄晶硅电池薄膜硅电池超高效电池CIS电池染料电池201016（20）12（15）28（40）13（19）6（10）202019（25）14（18）35（45）18（25）10（15）203022（25）18（20）40（50）22（25）15（18）表1.1预测2010—2030年主要太阳能电池光电转换效率（%）1.3.2商业化电池硅片厚度不断降低降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低太阳能电池成本的有效技术措施。30多年来，太阳能电池硅片厚度从70年代的450～500μm降低到目前的180～280μm，降低了一半以上，硅材料用量大大减少，对降低太阳能电池成本起到了重要的作用。年代厚度（um）硅材料用量t/MW20世纪70年代450-500》2020世纪80年代400-45016-2020世纪90年代350-40013-162006年180-24012-132010年150-18010-112020年80-1008-10表1.2太阳能电池厚度及用硅量预测1.3.3生产规模不断扩大生产规模不断扩大和自动化持续提高是太阳能电池生产成本降低的重要方面。太阳电池单厂生产规模已经从上世纪80年代的1～5MW/年发展到90年代的5～30MW/年和本世纪的50～500MW/年。生产规模与成本降低的关系体现在学习曲线率LR（LearningCurveRate）上，即生产规模扩大1倍，生产成本降低的百分比。对于太阳电池来说，30年代统计的结果，LR＝20％（含技术进步在内），是所有可再生能源发电技术中最大的，是现代集约化经济的最佳体现者之一。1.3.4组件成本大幅降低光伏组件成本3年来降低了2个数量级。2003年世界重要厂商的成本为2～2.3美元/Wp，售价2.5～3美元/Wp，2004年以后因能源及原材料紧缺，价格有所回升。1.3.5电池技术快速发展2004年各种电池技术的市场份额中，其中多晶硅56％，单晶硅29％，HIT电池（非晶硅（p－型）/单晶硅（n－型）异质结电池）5％，其他为薄膜电池，共计约7％。多晶硅电池在1998年开始超过单晶硅后一直持续增长，各种薄膜电池的绝对生产量近年来也在稳定增加，反映出技术进步的推动力量。总的来说，作为太阳能电池的材料，III-V族化合物及CIS等系由稀有元素所制备，尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。而另两类电池，纳米晶太阳能电池和有机聚合物太阳能电池，它们的研究刚刚起步，技术不是很成熟，仍处于探索阶段，短时间内不可能替代硅系太阳能电池。因此，从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。下面我将重点讲述着三种硅基太阳能电池的制作工艺和优缺点，以及在今后的发展中需要解决的问题。二．硅基太阳能电池2.1单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快、应用最为广泛的一种太阳能电池，它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。其生产工艺流程如下：将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和材料进行封装。2.2多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度200～350μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜。多晶硅（Poly-Si）薄膜是由许多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒构成的。其晶粒尺寸一般约在几十至几百nm级，大颗粒尺寸可达μm级。高质量的半导体多晶硅薄膜的许多性能参数，都可用单晶硅（c-Si）薄膜和非晶硅氢合金（a-Si：H）薄膜的参数来代替。多晶硅薄膜在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，又具有与晶体硅一样的光照稳定性，因此被公认为是高效、低耗的理想光伏器件材料。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜可在600℃以下的低温沉积，随后用激光加热晶化或固相结晶等方法形成。电池衬底可采用玻璃甚至塑料类的柔性材料。也可以直接在高温下生长形成多晶硅薄膜，生长温度大于1000℃，硅的沉积速率约为5nm／min。生长温度高就需要选择耐高温衬底材料，目前通常采用低质量的硅、石墨或陶瓷材料。由于在高温下生长薄膜，获得的多晶硅薄膜具有较好的结晶性，晶粒尺寸较大。低温制备多晶硅薄膜电池，一般采用CVD方法。由低温沉积的薄膜，晶粒尺寸较小，获得的电池效率不高。要获得10%～15%的效率，晶粒尺寸须大于l00nm。高温制备多晶硅薄膜电池，一般采用液相外延法（LPPE）、区熔再结晶（ZMR）及低压化学气相沉积（LPCVD），APCVD、等离子增强化学气相沉积（PECVD）等方法。先在耐高温衬底材料上生长厚度为10～20nm的多晶硅薄膜，再利用晶体硅电池常规制备工艺进行p-n结及电极制备。化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4，为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19％，日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。美国AstroPower公司在耐高温衬底上制备的多晶硅薄膜电池效率己达16%，而且认为通过降低多层减反射膜中氧化层的厚度到100A，并增加基体材料的扩散长度，电池效率可达l8%。2.3非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，其实早在70年代初，Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作，近几年它的研制工作得到了迅速发展，目前世界上已有许多家公司在生产该种电池产品。非晶硅半导体材料的最基本特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序，原子的键合类似晶体硅，形成一种共价无规网状结构。这结构，不是无规理想的网络模型，其中含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键和空洞等。非晶硅电池的工作原理与单晶硅电池类似，都是利用半导体的光生伏特效应实现光电转换。与单晶硅电池不同的是，非晶硅电池光生载流子只有漂移运动而无扩散运动，原因是由于非晶硅结构中的长程无序和无规网络引起的极强散射作用，使载流子的扩散长度很短。如果在光生载流子的产生处或附近没有电场存在，则光生载流子受扩散长度的限制，将会很快复合而不能吸收。为能有效地收集光生载流子，将电池设计成为pin型，其中p层是入射光层，i层是本征吸收层，处在p和n产生的内建电场中。当入射光通过p+层进入i层后，产生电子-空穴对，光生载流子一旦产生后就由内建电场分开，空穴漂移到p+边，电子飘移到n边，形成光生电流和光生电压。非晶硅光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起，提高了光谱的响应范围；②顶电池的i层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，衬底可以为玻璃、不锈钢、特种塑料、陶瓷等（图3.2为非晶硅薄膜电池结构的示意图）。玻璃衬底的非晶硅电池，光从玻璃面入射，电池的电流从透明导电膜（TCO）和铝电极引出。不锈钢衬底的非晶硅电池与单晶硅电池类似，在透明导电膜上制备梳状银电极，电池的电流从银电极和不锈钢引出。双叠层的结构有两种：一种是两层结构使用相同的非晶硅材料；一种是上层使用非晶硅合金，下层使用非晶硅锗合金，以增加对长波光的吸收；上层使用宽能隙的非晶硅合金做本征层，以吸收蓝光光子；中间层用含锗约15%的中等带隙的非晶硅锗合金，以吸收红光。三叠层的结构与双叠层的结构类似。非晶硅材料由气相沉积法形成的。根据离解和沉积方法的不同，可分为辉光放电分解法（GD）、溅射法（SP）、真空蒸发法、光化学气相沉积法（CVD）和热丝法（HW）等多种。其中等离子增强化学气相沉积法（PECVD）是已被普遍采用的方法，在PECVD沉积非晶硅的方法中，PECVD的原料气一般采用SiH4，和H2，制备叠层电池时用SiH4，和GeH4，加入B2H6，和PH5可同时实现掺杂。SiH4和GeH4在低温等离子体的作用下分解产生a－Si或a—SiCe薄膜。此法具有低温工艺和大面积薄膜的生产等特点，适合于大规模生产。非晶硅电池具有如下优点：（1）制造成本低。这是因为：①半导体层光吸收系数比晶体硅大一个数量级，电池厚度只需1μm左右，约为晶体硅电池的1/300，可节省大量硅材料。②可直接沉积出薄膜，没有切片损失。③可采用集成技术在电池制备过程中一次完成组件，工艺过程简单。④电池的pin结是在20.0℃左右的温度下制造的，比晶体硅电池的800～1000℃的高温低得多，能源消耗小。⑤电池的单片面积可大到0.7~1.0m2，组装方便，易于实现大规模生产。（2）能源消耗的回收期短。每平方米非晶硅电池的生产能耗仅为l00kW·h左右，能源回收期仅为l～1.5a，比晶体硅低得多。（3）发电量多。据测试，在相同条件下，非晶硅电池的发电量较单晶硅电池高8%左右，较多晶硅电池高13%左右。（4）售价低。目前约比晶体硅电池的售价约低1/4－1/3。2.4三种太阳能电池性能分析和亟待解决的问题2.4.1性能分析种类优势劣势转换效率单晶硅太阳能电池转化效率最高，技术最为成熟硅消耗量大，成本高，工艺复杂16%-20%多晶硅太阳能电池转化效率较高多晶硅生产工艺复杂，供应受限制14%-16%非晶硅薄膜太阳能电池成本低，可大规模生产转换效率不高，光致衰退效率9%-13%2.由以上对比可以看出，以后多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的生产成本，会越来越受到投资者的关注。但是它们也面临着一些需要解决的问题。多晶硅薄膜电池具有效率较高、性能稳定及成本低的优点，是降低太阳能电池成本的最有效的方法，但目前尚存在如下问题：①多晶硅薄膜低温沉积，质量差，薄膜晶粒尺寸小，电池效率低。②多晶硅薄膜高温沉积，适于生长优质多晶硅薄膜的廉价而优良的衬底材料。因而今后应着重研发如下问题：①大面积、大晶粒薄膜的生长技术；②进一步提高薄膜的生长速率；③薄膜缺陷的控制技术；④优质、价廉衬底材料的研发；⑤电池优良设计、表面结构技术及背反射技术等的研究。非晶硅薄膜电池作为地面电源应用的最主要问题，是效率低、稳定性差。目前实验室效率己达15％，但生产中电池组件的稳定效率仅为5.5%～7.5％。引起效率低、稳定性差的主要原因是光诱导衰变，即所谓的S－W效应。用氢稀释硅烷方法生长的a-Si和a-SiGe薄膜可以抑制光诱导衰变，提高效率。使用双叠层、三叠层或多叠层结构可以增加光谱响应，提高效率。但从工业化生产和地面电源应用的要求来看，问题还远未得到令人满意的解决，仍有许多工作要做。关于非晶硅电池的衰降问题，许多科研人员已进行多年的研究实验，并还在继续进行着，主要内容有：①高质量本征非晶硅材料的研究（包括晶化技术），减少光生亚稳态密度，提高稳定性。②质量n型和p型非晶硅材料的研究，改善薄膜完整性，提高掺杂效率，增强内建电场，提高电池的稳定性。③改善非晶硅电池内部界面，降低界面态，减小界面复合，提高输运效率、转换效率和电池的稳定性。④优质a-Si：Ge合金材料的研究，进一步完善双结、三结、多带隙非晶硅电池，提高效率和电池的稳定性。目前非晶硅太阳能电池的研究已取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％，创下新的记录；第二、三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。美国联合太阳能公司（VSSC）制得的单结太阳能电池最高转换效率为9.3%，三带隙三叠层电池最高转换效率为13％。三、光伏系统的特殊应用光伏系统具有很多用途，它可以比一个硬币还小也可以比一个足球场那么大，可以为一个手表提供电力也可以为一个小城镇供电，而它所需要的能源仅仅是太阳光。光伏系统的这些优点，结合它的简洁的工作方式，使之成为适用于很多独立特殊应用的能源，前景尤为诱人。本章将着重讨论光伏系统的特殊应用。3.1空间应用在应用的早期，由于光伏系统的成本高，它仅仅应用于空间领域。太阳能电池不断地被用来为太空飞船、人造卫星、以及火星探测器进行供电。正如预期的，由于空间应用对可靠性的高要求，应用于空间技术上的产品都执行很高的标准以及非常严格的产品质量控制。同时由于太空船对产品质量以及面积的限制，对太阳能电池的光电转换效率也有很高的要求。由于光伏太阳能板占人造卫星总重量的10%-20%，占总成本的10%-30%，所以太阳能电池的重量及成本的降低成为下一代空间用太阳能电池的研究方向。很多空间太阳能电池采用砷化镓以及相关的化合物制作，砷化镓电池与晶体硅太阳能电池相比具有更高的光电转换效率，但是需要更高的成本。3.2无线电通讯和光纤网络在许多国家无线电通讯的中继站都是用光伏电池供电的。这样的系统适合荒芜的地区，比如像澳大利亚这样人口密度很低的国家。多年以来无线电通信是澳大利亚光伏市场的一个支柱性的应用方向。Telecom公司于1972年第一次做实验将光伏发电应用于无线电通信，现在该公司仍然是光伏市场的主要客户之一。在澳大利亚以及世界各地，采用光纤主干网进行信息传输是极为普遍的。光伏发电被作为那些距离电力网络很远的中继站的能源供给。研究人员正在考虑应用特殊设计的高效率光伏设备，将能量转化为激光从而能够沿光纤传播。3.3室内使用的消费光伏产品光伏消费品已经是一个非常大的市场，并且以非常快的速度在增长。目前这个市场主要被日本的制造商垄断，产品如电子手表、电子计算器以及小型电动玩具等，它们主要主要使用廉价的非晶硅太阳能电池进行供电。当然较大的光伏消费品也日益流行，比如路灯、庭院灯、手电筒等。光伏消费品的实际发电总量或许被高估了，这是因为统计数据所采用的辐射照度是1000W/m2。然而，这些消费品上所用的电池主要是为室内设计的，由于光照的不足以及电阻的损失，实际输出远小于标定的输出，即使用于户外也不例外。3.4电池充电器在使用可充电电池作为电源的场合，太阳能电池组件可以在电量不足的时候用于充电以保证电量的充足，还可以用来弥补充电电池的自放电。这样的应用在游艇以及休闲交通工具上已经普遍应用。将来，在笔记本电脑、拖拉机和汽车上的类似应用也将逐渐增加。3.5发展中国家的光伏发电尽管有一些小的电池供电电器在某些地区使用，消费者必须到电池充电中心进行充电，发展中国家仍有将近40%的人无法得到电力供应。在这些边远地区，燃料的供应以及柴油发电机的维护比较困难，这样对于光伏发电系统来说存在一个潜在的并且巨大的市场，这样的应用有：家庭照明，包括太阳能电灯；家用电源；用于教育和娱乐的电视机或者收音机；无线电话和通信系统；饮用水净化系统；家庭用水或者灌溉用水的水泵系统；医用和疫苗用冷藏设备；社区共用设施；生产和生活用电.每一项这样的应用都可以设计成一个独立的光伏发电系统，与满足多种应用的村落电网连接。国际能源协会的光伏发电系统项目包含发展中国家计划，并已经开始运作，光伏发电由于可靠性高、寿命长、以及维护费用低而显得非常吸引人。但是，用户的持续支持、对用户相关知识的教育和培训是必须的，这样才可以避免系统的高失效率，如今这方面的管理与以前相比要好得多。另外，光伏组件模块化的特性使得无论是小规模还是大规模的系统都能够安装在任何地方，并且可以随着需求后续可以增加系统的容量。然而由于光伏系统的成本很高，大多数发展中国家的村庄在使用这样的供电系统时需要财政上的支持。3.6照明仅在美国，就已经安装了成千上万的太阳能照明系统。这其中大部分（约80%）是200W-400W的系统。在世界上的很多边远地区，太阳能直流照明相对于煤油灯、蓄电池灯、蜡烛、柴油或者汽油发电机照明更为廉价，当然与架设电网相比就更为经济了。即使在城市地区，也经常使用太阳能灯以避免从地下埋设输电线或者高架电线进行电力的输送。这样的应用，例如不需要电工就能安装的庭院灯，越来越受到人们的欢迎。现在的一些太阳能照明的应用主要有：广告牌；警示灯；公共交通遮雨棚；紧急警报灯；路况区域照明（如赛道，街道）家庭用照明近几年来灯的效率大大地提高，但是趋势仍然是如何使更高功率的灯变得更高效。有益于提高照明效率的技术主要包括：光敏控制器件（当光线很暗的时候开灯，当光线足够时关灯的装置）计时器（用于记录灯的工作周期或者代码以便于分析）开关（用于允许手动控制，尤其是家庭用户）传感器，例如运动探测器和红外探测器（对安全系统尤为有用）.四、国内外非晶硅太阳能电池产业及市场分析4.1世界光伏产业总体发展趋势世界各国都对太阳能光伏发电给予大力支持。2005年全世界太阳能电池的产量为1817.7兆瓦，比2004年增长52.2%，其中日本的产量达到824.3兆瓦，比2004年618兆瓦增长33.4%，是全世界第一大生产国，占全世界45.3%；欧洲太阳能电池的生产量为515.3兆瓦,比2004年308兆瓦增长67.3%；美国太阳能电池的生产量为154.8兆瓦,比2004年139兆瓦增长11.4%；其他国家地区太阳能电池的生产量为323.3兆瓦,比2004年140.1兆瓦增长151%，大幅增长，中国、台湾增长很快。2005年，世界光伏市场安装量1460MW，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292MW，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146MW，占世界总安装量的10％。至2005年，全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186亿美元到231亿美元。日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。按日本的PV路线图（TVRoadmap2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表4.2和表4.3。表4.2到2030年的日本PV研发目标项目现状2010-2030年目标PV组件生产成本140日元/W100日元/W(2010年)75日元/W（2020年）<50日元/W（2030年）PV组件的寿命20年30年（2020年）Si原料的消耗10-13g/W1g/W（2030年）变换器（功率单元）30.0日元/W15.0日元/W（2020年）蓄电池10.0日元/W10日元/W，寿命>20年（2020年）表4.3到2030年的日本PV组件/电池的转换效率目标太阳能电池类型现状效率（%）目标转换效率（实验室效率）（%）2010年2020年2030年晶体硅电池13-14.8（18.4）16（20）19（25）22（25）薄膜电池10（14.7）12（15）14（18）18（20）CIS电池10-12（18.9）13（19）18（25）22（25）III-V电池聚光（38.9）28（40）35（45）40（50）染料敏化电池（10.5）6（10）10（15）15（18）4.2非晶硅系列太阳能电池发展迅猛目前，晶体硅太阳能电池因较高的转化效率和成熟的生产工艺是太阳能电池研发和产业化的主要方向，而化合物薄膜等新技术太阳能电池虽然具有相对较低的成本，但生产工艺还不成熟，且目前商业化的薄膜型太阳光电模块效率相比主流的结晶硅型效率(15～17%)仍然较低，一般多在10%以下。以2004年数据分析，各种太阳能电池中晶体硅平板太阳能电池占总产量的84.6％，非晶硅电池产量占3.9％，其他为薄膜或带硅太阳能电池。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2008年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2008年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2008年世界太阳能电池产量的增幅将被限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。由于硅材的供不应求，预期将限制2009年硅基太阳电池产业的成长速度，然而这恰好也为第二代太阳电池技术，薄膜太阳电池等非晶硅系产品提供了良好的发挥舞台。4.2.1非晶硅材料转换效率约6～8%在八十年代，非晶硅是当时唯一的薄膜型太阳电池材料，但由于它的光电转换效率较低且具有光劣化的不稳定性，因此早期始终无法打入主流的发电用市场，而多应用于小功率的消费性电子产品市场。但近年随着两层或多层接合太阳电池（MultijunctionCell）技术的发展，使得单层厚度可以降低而减缓照光后衰退的现象，且可吸收不同波段的太阳光谱，因此光电转换效率获得提升。预计短期内市面上的非晶硅太阳电池模块效率约为6～8%，并很快就可见到装置容量达数百万瓦级的非晶硅太阳光电板设施。目前主要非晶硅太阳电池厂商包括：Kaneka、UnitedSolar、三洋（Sanyo）、富士电机（FujiElectric）、BPSolar。4.2.2薄膜硅原料需求低且发电效率高薄膜硅太阳电池是一种不同于非晶硅及单晶硅基材的硅基太阳电池，其电池厚度仅约数个微米或更薄，介于非晶硅模块的300nm，与结晶硅太阳电池200nm之间。小粒径的多晶硅（晶粒约数百nm，仅含有晶粒及晶界）及纳米结晶硅（NanocrystallineSilicon）或微晶硅（μc-Si，晶粒约20～30nm，是一种含有非晶组织及晶粒、晶界的混合结构）薄膜是常见的薄膜硅结构，有机会取代非晶硅合金（如a-SiGe）作为多层接合太阳电池的底层，如夏普（Sharp）、Kaneka、佳能（Canon）等皆积极往微晶硅方向发展。a-Si/μc-Si叠层（Tandem）型太阳电池可提供更稳定及增加光谱吸收度，转换效率可较非晶硅单层组件大幅提升，效率达10%以上。薄膜硅原料需求只有约为硅芯片型的百分之一，且具有高吸收光特性，通常无光劣化现象，故每瓦发电量较高，对消费者而言能源回收期可缩短。因此，薄膜硅太阳电池技术的未来发展潜力颇被太阳电池业界看好。目前a-Si/μc-Si叠层型薄膜太阳电池已有部分商品化，而μc-Si太阳电池则多还在开发，但已接近技术成熟阶段，其关键技术在于快速沉积(＞1nm/sec)、镀膜品质与大面积制程的可靠度及重现性。4.2.3国际大厂积极扩大薄膜太阳电池产能一般市面上出售的薄膜太阳电池模块效率多在6～10%，面积则多在1平方米以下。其中，日本三菱重工（Mitsubishi）的非晶硅太阳光电板为面积最大(1.5625m2)，稳定效率6.4%，输出功率达100Wp，每瓦售价不到3美元。而其他制作大面积，且高效率的薄膜PV厂商还有WurthSolar、ShellSolar、ShowaShell，其CIS太阳光电模块效率均高于13%，并以WurthSolar产品功率达84.6Wp为最大，但售价亦相对较高，每瓦在3美元以上。2004年全球薄膜太阳电池（包括非晶硅、CdTe、CIS）模块产量约63MW，仅占全球PV产量5%，其中以美国为最大产地，约占36.5%，其次为日本的27.7%；而若以薄膜技术类型来看，以非晶硅产品占最大，市占率74.6%，其中以日本占37.2%为最大产地，其次为美国占29.7%。2004年全球非晶硅薄膜太阳电池市场以日本Kaneka及美国UnitedSolar为最大厂家，占全球非晶硅太阳电池产量分别为36.1%、29.7%。至于主要厂商经营动态，2005年全球薄膜太阳电池产业以Kaneka年产能30MWp最高，其次为UnitedSolar的25MWp。而到2006年，在美国市场受到政府财税奖励支持下，UnitedSolar将扩大产能达到50MWp，一跃成为全球第一大薄膜太阳电池厂商，该公司更计划进一步扩产，至2010年产能将达300MWp，而Kaneka则计划至2008年将年产能提高为70MWp。至于薄膜及结晶硅太阳电池厂商ShellSolar，在硅材缺货的压力下，已出售其在加州的单晶硅太阳电池工厂给德国SolarWorld，未来将积极发展CIS薄膜太阳电池，其CIS试制品经TUV认证已可达13.5%，距离目前市面上出售的多晶硅PV模块效率（约14～15%）已不远。另一家欧洲太阳电池大厂SchottSolar，最近也宣布将扩大其非晶硅太阳光电模块产能，将投资6,000万欧元于德国耶拿（Jena）新建生产线，预计2007年秋天年产能可达30MWp。此外，美国FirstSolar也已成功量产CdTe太阳电池，并稳定维持每年产量约33万个太阳电池模块，未来亦将积极扩厂，预计产能将由2005年约20MWp，增为2006年40MWp、2007年75MWp。4.3国内太阳能电池产业发展现状及主要问题太阳能电池用硅原材料缺乏已成为国际性的一大问题，对我国的影响尤为严重。国内太阳能电池厂商向国外生产厂家直接订货合同价格为40－60美元/kg；同通过中间商的硅材料价格2005年一路飙升，一年之间已从25美元/kg上升到超过200美元/kg，最近已达220美元/kg。以目前国际市场太阳能电池销售价4.0－4.2美元/W（离岸价）计算，如此昂贵的硅材料价格已使太阳能电池生产厂无利润可言，更为严重的是现在已有一些新上电池生产线、即使高价也买不到货，处于半停产状态，尽管洛阳中硅、四川峨眉、新光等公司计划扩产及新建多晶硅项目，但近几年还得主要依赖进口。因此，原材料短缺成为目前我国光伏产业发展的重要制约因素之一。发展薄膜类或其他非硅晶太阳能电池产业成为规避上述问题的一条有效途径。2005年国内非晶硅太阳能电池产量约为12.7MW，仅占全年总产量145.7MW的8.7％，大致与国际市场类似；预计到2006年底将形成34.5MW的生产能力，产量将占到国内太阳能电池总产量的12％以上。五、非晶硅太阳能电池主要生产企业5.1国际主要非晶体硅太阳能电池生产企业在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。目前全球太阳能电池市场基本由日本、欧洲等国际上大公司所占领，中国有无锡尚德太阳能公司的产量、台湾茂迪公司已列入全世界排名前十位。这些公司产品类型主要是单/多晶硅太阳能电池，能生产非晶硅或薄膜系列产品的公司有Sharp，Sanyo，SchottSolar，BPSolar，ShellSolar，UnitedSolarOvonic，KanekaSolartech，FirstSolar，MHI（三菱重工）等。公司名称产品类型国别/地区2005产能（MW）2005产量（MW）Sharp（夏普）单/多晶硅，非晶硅日本600427.5Sanyo（三洋）单晶硅，非晶硅日本158125SchottSolar多晶硅，非晶硅德国11395BPSolar单/多晶硅，非晶硅美国15785.8ShellSolar单/多晶硅，CIS薄膜德国11059UnitedSolarOvonic非晶硅美国2520KanekaSolartech非晶硅日本3019MHI（三菱）多晶硅日本240142表5.12005年全球主要非晶硅太阳能电池制造企业的市场及产能状况5.2国内主要非晶体硅太阳能电池生产厂商2005年我国国内太阳能电池产能在300MW左右，产量约为150MW，是2004年产量50MW的3倍。若不是受原材料短缺的制约，发展速度将更大。并且值得注意的是，2005～2006年大批太阳能电池项目正在建设或准备上马。如果这些项目能够按期建成，加上原有生长能力，到2006年底将形成1400MW以上的产能，几乎是2005年产量的10倍。原材料短缺的局面将显得更加突出。国内从事非晶硅太阳能电池产品生产的企业不多，产能也不大。这些企业主要有：深圳市拓日电子科技有限公司、深圳市日月环、天津津能电池科技有限公司、深圳创益科技发展有限公司等。其中，深圳拓日电子科技公司产量最大，2008年非晶硅电池产量为15MW。公司名称2008年非晶硅电池产量（MW）2009年预计形成产能深圳市拓日电子科技有限公司1525深圳市日月环22天津津能电池科技有限公司1025深圳创益科技发展有限公司1020黑龙江哈克新能源有限公司22北京世华创新科技有限公司1515合计5476.5表5.22008年国内主要非晶硅太阳能电池产量及2008年产能预测六、发展前途分析6.1硅原材料严重短缺，非晶体硅太阳能电池机遇来临严峻的晶体硅材料短缺使越来越多的太阳能电池生产设备处于停产状态，而不断上涨的晶硅价格也在一步步吞噬太阳能电池生产商的利润。因此，寻找晶硅或减少对晶硅的依赖成为太阳能电池企业不得不面临的选择。目前一些企业在减少对多晶硅的依赖上取得了进展。如宁波杉杉尤里卡太阳能有限公司通过处理IC工业废片缓解原料瓶颈，还可获得较低的成本优势和较高的盈利。但从产业发展的角度看，这只能够缓解部分原料瓶颈，不能成为长远避险工具。从长远看，摆脱对晶硅的依赖是安全之策。在这种形势下，非晶硅薄膜太阳能电池与化合物薄膜太阳能电池获得了难得的发展机遇，预计在未来几年里，其市场占有率将有一定幅度的增加。6.2商业化非晶硅太阳能电池效率逐步提升结晶类转换效率的提高已接近极限，通过提高硅切割晶圆技术而降低成本的空间也很有限，使用等离子体及气体将厚度为2μm～3μm的硅类薄膜层叠在底板上的薄膜类太阳能电池以及在此基础上形成的层叠“混合型”太阳能电池是未来的发展方向。钟渊化学、三洋电机都是薄膜类太阳能电池的代表厂商。钟渊化学很早就开始生产台式电子计算器等使用的非结晶硅太阳能电池。该公司应用自己的生产技术成功的开发出了叠加非晶硅和薄膜多晶硅而成住宅太阳能电池，并从2003年4月开始销售。之所以采取将非晶硅和薄膜多晶硅层叠的“混合型”，是为了综合容易吸收可视光的非晶硅特性和容易吸收红外线的薄膜多晶硅特性来提高转换效率。无论是非晶硅还是多晶硅，均很难单独实现2位数转换效率，但通过组合，转换效率能够达到10%以上。三洋电机也将力量集中到了薄膜多晶硅太阳能电池的开发上，该公司也是从非晶硅太阳能电池起步，目前正在加紧开发使用薄膜多晶硅的新一代太阳能电池。这类薄膜太阳能电池由于具有较低成本，同时转换率又在不断提高，所以，发展前途十分看好，尤其是在廉价硅基衬底上薄膜化技术更为看好。6.3面临发电效率与生产成本两大挑战虽然市场将逐渐增长，但薄膜太阳电池的普及并非短期内即可达成。由于薄膜型太阳电池相对硅芯片型产品，因转换效率较低，单位面积发电量小，因此若要产生同样的输出功率，薄膜太阳电池模块需要更大的装置面积，在土地与施工成本方面较为不利。并且，虽然薄膜型太阳电池可节省许多材料成本，但其生产设备却比硅芯片型太阳电池生产设备贵三倍以上，致使目前薄膜太阳电池的单价并未如预期般享有明显的价格优势。根据Solarbuzz调查，2006年3月市面上出售的薄膜太阳电池模块最低价为3.76美元/Wp，而多晶硅太阳电池模块最低价为3.92美元/Wp，单晶硅则为4.05美元/Wp，显示目前薄膜型太阳电池虽较便宜，但与硅芯片型商品的差价仍然有限。由于设备费用占薄膜太阳电池制造成本的约三成，以25MW的非晶硅太阳电池生产线而言，设备投资额7～9千万美元，总投资为晶体硅太阳能电池生产线的5倍左右，投资额过高，是阻碍薄膜太阳电池市场的成长的重要因素。若依目前发展趋势，在同时考虑各种太阳电池技术的成本与光电转换效率后，一般认为短期内太阳电池市场对硅芯片型太阳电池的接受度还是较高。预期至2020年，世界太阳电池市场中薄膜技