薄膜电池应用加速设备瓶颈需要突破

光伏产业是新能源产业，是环境友好的零碳能源。与晶体硅电池相比，CIGS（铜铟镓硒）和CdTe（碲化镉）薄膜太阳能电池具有成本低、产能高、可靠性高、光电转换效率高、稳定性好、能量回收期短、组件应用多样性等诸多优势，具有极大的成长空间，但同时也面临着很大的挑战。

材料供应不会成为瓶颈

太阳能电池是一种能够将太阳光能转换成电能的器件，基本结构是p型半导体和n型半导体结合后形成pn结，高转换效率的太阳电池对材料有特殊的要求。CIGS和CdTe半导体材料是直接带隙半导体，光学吸收系数高于晶体硅1到2个数量级，并且具有合适的禁带宽度，这决定了这两种化合物是制造太阳电池的理想材料。目前在CIGS和CdTe太阳能电池领域保持冠军纪录的是美国国家可再生能源实验室，其CIGS电池的转换效率为19.9%，CdTe电池的转换效率为16.5%。理论上这两种电池的转换效率可以达到33%，可见化合物薄膜电池的效率还有很大的提升空间。

从材料的角度考虑，金属铟是稀有元素，就目前的工艺技术和器件结构而言，金属铟对CIGS电池大规模生产而言是最重要的材料。据估计，如果CIGS电池光电转换效率为10%，CIGS吸收层厚度为3μm，1MW的组件需要约50kg的铟；随着工艺技术的改进，CIGS吸收层厚度有可能从现在的3μm减薄到1μm，光伏电池中铟的用量会大大减少。此外，铟可以有效回收，现在日本和一些其他亚洲国家能有效地回收铟，从而可以稳定铟的价格，降低与铟相关半导体器件的生产制造成本；而且中国是铟储量最多的国家，这使得国内CIGS薄膜电池的生产具有一定的优势。

对于CdTe薄膜电池，Cd和Te是确保连续性生产最重要的材料。众所周知，Cd是有毒的元素，Te是地球中的稀缺元素，用CdTe材料做太阳能电池，材料来源与安全性是被关注的焦点。一般情况下Cd元素是有毒的，当Cd与Te形成稳定的化合物时会失去毒性。据报道蓄电池中Cd的含量远远高于CdTe电池，所以化合物CdTe在光伏组件正常工作期间几乎没有危险。Cd材料对于CdTe薄膜光伏组件并不是一个限制因素，据统计，生产1MW、CdTe厚度为3μm、光电转换效率为9.3%的CdTe光伏组件大概需要94kg的Cd材料。

随着电池光电转换效率的提高和CdTe吸收层厚度的减小，Te的使用量在逐渐减小，当吸收层厚度达到1μm、电池效率达到13%时，Te的用量接近20kg/MW。可见Te的材料供应也不会成为CdTe光伏电池的材料瓶颈。

创下最低成本纪录

2010年4月，美国国家可再生能源实验室(NREL)证实，由SoloPower公司实验性生产线生产的柔性铜铟镓硒(CIGS)光伏组件已通过该实验室测试，其光电转换率已达到11%，是迄今为止业内全尺寸柔性模块所能达到的最高转换率。该公司在制造过程中利用其专利电镀技术，使用柔性金属薄片制造CIGS太阳能电池。NREL之前曾证实该公司11.8cm2的实验室太阳能电池的转换率高达13.4%。

该公司表示，在对其柔性组件进行内部测试后，已将该产品送至独立实验室进行UL1703标准认证，UL认证有望于近期完成。
Avancis属于圣戈班集团的一个子公司，该公司于2008年10月开始进行铜铟硒的生产。一年之后，该公司称其生产能力已经达到了极限。NREL证实其30cm×30cm的铜铟硒太阳模块转换效率达到15.1%，Avancis是在德国慕尼黑研发实验室研制出此结果的。近日德国Avancis公司与Donauer公司宣布双方结成伙伴关系，就Avancis生产的PowerMax铜铟硒薄膜太阳组件开展合作。Avancis组件功率为100W～120W，组件效率高达12%，成为首批纳入Donauer公司产品组合的铜铟硒薄膜组件。

比利时稀有金属(铟、镓、硒、碲等)生产商MCPGroup目前正将其制造工厂并入旗下子公司AtluminEnergy，以精简操作流程，压缩其材料供应链，满足日益增长的薄膜光伏产业的需求，提高竞争力。此外，Atlumin公司总部所在的美国纽约新哈特福德镇(NewHartford)还提供高级回收利用方案。该公司生产厂位于德国，英国和美国等多个国家。

作为全球最大的太阳能电池制造商和唯一的CdTe薄膜电池制造商，FirstSolar公司成为光伏行业成本控制的风向标。2009年，该公司产量达到1.2GW，预计2010年产量在1.3GW，2012年，FirstSolar公司的产能将达到2.1GW，其产能的扩张主要在马来西亚的工厂实现。

2009年，FirstSolar公司CdTe电池的制造成本已达到0.8美元/峰瓦，这是目前光伏产品的最低成本，众多光伏企业以FirstSolar成本为标准，改进工艺，优化技术和管理模式，努力降低成本。此外该公司的产品效率在不断更新提高，目前光电转换效率在11.5%左右，而实验室该电池效率已达到16.5%，理论效率在33%，由此可见电池成本还有继续下降的空间。

此外CdTe薄膜光伏组件制造商AboundSolar公司的60cm×120cm规模CdTe薄膜光伏模块在不同的气候条件下接受了加速应力测试，机械冲击、风荷载、雪荷载等不同测试，2010年4月收到由TUVRheinland光伏产品测试实验室颁发的国际电工委员会(IEC)认证书，以及美国保险商试验所(UL)和加利福尼亚能源委员会(CEC)颁发的认证书。至此，该公司的AB1系列光伏模块产品已同时拥有UL、IEC、CEC和CE四大认证机构的认证书，并可以在美国及整个欧洲范围内进行销售。AboundSolar公司向客户提供25年的功率输出保证。

上海交通大学物理系太阳能研究所孟凡英博士