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[摘要]CIGS(铜铟镓硒)薄膜技术具有生产成本低、环保、性能稳定、抗辐射能力强及光电转化率高等特点,是当今最俱开发潜力的薄膜太阳能电池技术。本文从投资的角度概述了CIGS太阳能电池的技术特征,分析了CIGS技术的市场走向情况并介绍了当今国内主要的在建和已建CIGS项目。
一、CIGS薄膜太阳能技术的基本情况
1. 太阳能电池的分类
按结晶状态:可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类,而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料:可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形。
按所用材料:可分为硅太阳能电池、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、有机太阳能电池,其中硅太阳能电池是目前发展最成熟,并在应用中占主导地位。
2. CIGS 薄膜太阳能电池的基本情况
CIGS薄膜电池,是多元化合物半导体中最具代表性的光伏器件。 CIGS太阳能电池具有性能稳定、抗辐射能力强、生产成本低廉、环保高效等特点,可能成为下一代的商品化的薄膜太阳电池。早在1974年,国外科学家研制出了光电转换效率高达12%的铜铟硒太阳电池,这是CIGS 太阳电池的早期雏形。由于在早期研究中CIGS太阳电池表现了优异光电特性, 一些技术发达的国家对CIGS薄膜太阳能电池非常重视,投入巨资进行研究和开发,尤其日本、美国、德国的研究水平处于世界领先地位。在我国,CIGS太阳能薄膜电池项目在2000年正式被列入国家“863”计划,并于近期在南开、浙江、清华大学全面完成课题的中期验收各项指标。
3.CIGS项目的技术难点
成熟的晶体硅光电转化率为22%,多晶硅转化率为15%,非晶硅转化率为5%-8%,目前世界主要的CIGS薄膜太阳能电池生产商的转化率平均在11.7%-13%之间,实验室最高转化率可达19.5%。
CIGS薄膜是多元化合物半导体,原子配对以及晶格匹配性依赖于制作过程中对主要半导体工艺参数的精密控制,工艺的重复性差,高效电池的成品率低,也无法预测CIGS性能和器件性能的关系。CIGS太阳能电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构,CIGS膜与Mo衬底间较差的附着性也是成品率低的重要因素。 因此,其工艺和制备条件的要求极为苛刻,产业化进程十分缓慢。
除此之外,CIGS薄膜光伏技术的广泛运用还须解决如下技术关键:1)如何保证薄膜的均匀性并制得1cm或更薄的吸收层薄膜;2)选择合适的沉积CIGS薄膜的技术路线;3)提高组件的效率;4)解决柔性CIGS组建的防潮问题。
二、CIGS薄膜太阳能电池市场情况分析
1.整体行业情况
CIGS太阳能电池光电转换效率接近于晶体硅, 生产成本却只有其三分之一。当前全球大环境恶劣,传统硅晶太阳能电池厂面临售价跌破成本压力。在投资环境尚未明朗的情况下,各国风投逆市转投新型薄膜太阳能行业,在我国CIGS太阳能电池已成为光伏领域新的投资热点。据预测,未来几年CIGS薄膜太阳能电池的销量将会迅速增长,预计到2015年,CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%,从地面阳光发电到空间微小卫星动力电源都将具有广阔的市场前景。
在晶体硅太阳能电池价格不断上涨的背景下,很多公司投入巨资推动CIGS产业化。目前全球有超过30家公司置身CIGS产业,其中主要为德国的Wurth Solar,美国的Global Solar、日本本田、日本昭和壳牌、德国的Sulfurcell、美国的Daystar、美国Ascent 以及美国的Miasole 8家公司。这些公司分别采用不同的吸收层沉积工艺,但是在所有技术路线中, 不论吸收层是采用共蒸发法还是两步法( 如溅射后硒化) 制备, 均采用溅射法制备Mo 底电极以及溅射或化学气相沉积法制备ZnO薄膜。2007年,8家公司年产量为1～20 MW,总产量为42MW,预计到2010年的其产量将达到917 MW。(见表)
2. 我国CIGS太阳能电池领域研究及产业化状况
据2009年《科技信息》报报道,由南开大学、天津保税区投资公司等合作建设的国家863项目CIGS中试基地成功研制出有效面积804平方厘米,转化率为7%CIGS太阳能电池板,并且自主研发了一系列薄膜沉积设备,攻克多项技术难关,建立了具有国际水准的试验平台,并在国内首次完成了全套工艺流程的贯通。
日前,国内决大多数已建和在建CIGS生产项目均需采用国外的先进设备。2008年2月,山东孚日光伏科技有限公司宣布向德国Johanna公司购入两条CIGS电池生产线,每条生产线计划能产为30MW,设备总价约为11175万欧元,设备于2009年11月11日运抵,即将全面调试运行。目前,包括广州、锦州、攀枝花等国内十几个城市先后拟定上马同类项目。
3.国家相关扶持政策
国家财政部于2009年4月16日下发了《太阳能光电建筑应用示范项目申报指南》,明确支持太阳能光电建筑一体化安装且发电主要用于解决建筑用能的项目。政策扶持的对象可为项目业主单位或光电一体化产品中标企业,实行如下财政补贴:建材型、构件型光电建筑一体化项目,补贴标准不超过20元/瓦;对于与屋顶、墙面结合安装型光电建筑一体化项目,补贴标准不超过15元/瓦;具体标准将根据项目增量成本、建筑结合程度确定。《指南》的下发大大实惠了国内致力于光电建筑一体化的太阳能电池生产厂商,而尤为薄膜太阳能电池的生产厂商首当其冲。
4. 产业化道路上的主要障碍
(1) 设备购置成本问题
虽然CIGS薄膜电池的生产成本较低,但是由于核心技术掌握在国外公司手中,设备购置成本较高。据长城证券能源行业分析师周涛分析:薄膜太阳能的前期投资非常高昂,其生产设备几乎为晶体电池设备投资额的10倍。四川攀枝花太阳能项目投资1.5亿美金建设共计100MW的薄膜太阳能电池生产线,而同期建设的30MW单晶硅电池组建生产线项目投资仅为1000万元人民币。
(2)生产原材料价格问题
原料价格直接影响生产成本。近年来,多晶硅系列电池得到了广泛运用,大量的需求造成了国际市场上晶体硅原料价格大涨近10倍,08年国内价格已超过2400元/kg。我国虽然是硅原料产销大国,但是由于定价权长期被国外金融资本所控制,原料供应价格得不到保障。
CIGS薄膜材料中所含稀缺元素铟在我国有丰富的储存量,但是由于国内现在并没有建立对铟原料的大宗商品交易规则,因此存在与硅原料价格类似被国外金融资本操纵的情况。
三、当前国内主要CIGS项目情况
当前国内主要已建、在建CIGS项目如下:
1. 广州太阳能电池项目
2009年,广州市与耀飞国际有限公司和广东信宇投资有限公司签约,拟投资5亿美元建设4条25MW的CIGS生产线。
2. 山东孚日集团项目
孚日光伏拟向德国 Johanna Solar Solutions GmbH 公司采购生产线两条,每条设计产能为30MW,两条共 60MW,设备总价约为 11175 万欧元。
3. 苏州高赛项目
苏州高赛太阳能技术有限公司拟于2010年正式投产一条25MW生产线,预计年销售额达3000万美元。
4.爱瑞安锦州项目
2009年,锦州与美国ARION集团、台湾金色能源太阳能有限公司签订了合作协议,投资30亿元人民币建设200兆瓦生产规模。
5. 威海中玻项目
威海中玻光电有限公司与台湾威奈联合科技公司、台湾美联能源科技股份有限公司签订合作协议,计划投资6亿美元,拟建一条25兆瓦的生产线,并拟于三年内将达250兆瓦产能。
6. 福建创辉光电项目
创辉光电科技有限公司计划投资6000万美元,用地300亩,达产后可实现年产值12亿元。
7.广西尚科光伏项目
项目计划总投资11.5亿元,建成300MW多晶硅及70MWCIGS薄膜电池的生产能力,年销售额达到60亿元以上,利税5亿元。其中一期工程总投资2亿元,年产值16亿元。
8. 山西宏燊光伏项目
项目总投资8.08亿元,2009-2011年实现生产能力180MW;2011-2013年设计总产能达到300MW,规划2015再上300MW产能。
9.河南燕垣光伏能源项目
项目于2009年5月开工建设,计划三年内投资7.8亿元,完成项目一期工程,建成60MW生产能力。
10.攀枝花太阳能项目
中国汇通担保有限公司、台湾威奈科技股份有限公司计划联合投资1.5亿美元。一期投资7500万美元建设年产50MWCIGS薄膜太阳能生产线,二期投入7500万美元再建一条50MWCIGS薄膜太阳能电池生产线,并建成10MW光伏发电站。
11. 本溪项目
威奈公司与本溪市委市政府达成一致,投资额4.8亿元人民币建设CIGS太阳能模块生产企业; 同时威奈公司投资额3亿元人民币独资建设年产能250兆瓦CIGS薄膜生产企业 。
12.天津项目
项目规模为200MW,注册资金2000万美元,预计2010年6月份投产。
13.扬州力铼光
项目一期总投资9800万美元,预计2010年建成一条年产30MW生产线。2011年计划再建一条生产线年产30MW生产线。
参考文献:
[1]马光耀 康志君 谢元锋:铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展及发展前景.金属功能材料. [J].2009,16(5):46-49
[2]唐逾: 我国成功研制出铜铟镓硒太阳能电池组件. [J].2009,6(1)
[3]庄大明 张 弓:CIGS薄膜太阳能电池研究现状及发展前景.新材料产业. [J].2005(4):43-48
[4]王希文 方小红:[J ] 铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其发展.可再生能源.2008,26(3):13-16
一、CIGS薄膜太阳能技术的基本情况
1. 太阳能电池的分类
按结晶状态:可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类,而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料:可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形。
按所用材料:可分为硅太阳能电池、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、有机太阳能电池,其中硅太阳能电池是目前发展最成熟,并在应用中占主导地位。
2. CIGS 薄膜太阳能电池的基本情况
CIGS薄膜电池,是多元化合物半导体中最具代表性的光伏器件。 CIGS太阳能电池具有性能稳定、抗辐射能力强、生产成本低廉、环保高效等特点,可能成为下一代的商品化的薄膜太阳电池。早在1974年,国外科学家研制出了光电转换效率高达12%的铜铟硒太阳电池,这是CIGS 太阳电池的早期雏形。由于在早期研究中CIGS太阳电池表现了优异光电特性, 一些技术发达的国家对CIGS薄膜太阳能电池非常重视,投入巨资进行研究和开发,尤其日本、美国、德国的研究水平处于世界领先地位。在我国,CIGS太阳能薄膜电池项目在2000年正式被列入国家“863”计划,并于近期在南开、浙江、清华大学全面完成课题的中期验收各项指标。
3.CIGS项目的技术难点
成熟的晶体硅光电转化率为22%,多晶硅转化率为15%,非晶硅转化率为5%-8%,目前世界主要的CIGS薄膜太阳能电池生产商的转化率平均在11.7%-13%之间,实验室最高转化率可达19.5%。
CIGS薄膜是多元化合物半导体,原子配对以及晶格匹配性依赖于制作过程中对主要半导体工艺参数的精密控制,工艺的重复性差,高效电池的成品率低,也无法预测CIGS性能和器件性能的关系。CIGS太阳能电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构,CIGS膜与Mo衬底间较差的附着性也是成品率低的重要因素。 因此,其工艺和制备条件的要求极为苛刻,产业化进程十分缓慢。
除此之外,CIGS薄膜光伏技术的广泛运用还须解决如下技术关键:1)如何保证薄膜的均匀性并制得1cm或更薄的吸收层薄膜;2)选择合适的沉积CIGS薄膜的技术路线;3)提高组件的效率;4)解决柔性CIGS组建的防潮问题。
二、CIGS薄膜太阳能电池市场情况分析
1.整体行业情况
CIGS太阳能电池光电转换效率接近于晶体硅, 生产成本却只有其三分之一。当前全球大环境恶劣,传统硅晶太阳能电池厂面临售价跌破成本压力。在投资环境尚未明朗的情况下,各国风投逆市转投新型薄膜太阳能行业,在我国CIGS太阳能电池已成为光伏领域新的投资热点。据预测,未来几年CIGS薄膜太阳能电池的销量将会迅速增长,预计到2015年,CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%,从地面阳光发电到空间微小卫星动力电源都将具有广阔的市场前景。
在晶体硅太阳能电池价格不断上涨的背景下,很多公司投入巨资推动CIGS产业化。目前全球有超过30家公司置身CIGS产业,其中主要为德国的Wurth Solar,美国的Global Solar、日本本田、日本昭和壳牌、德国的Sulfurcell、美国的Daystar、美国Ascent 以及美国的Miasole 8家公司。这些公司分别采用不同的吸收层沉积工艺,但是在所有技术路线中, 不论吸收层是采用共蒸发法还是两步法( 如溅射后硒化) 制备, 均采用溅射法制备Mo 底电极以及溅射或化学气相沉积法制备ZnO薄膜。2007年,8家公司年产量为1～20 MW,总产量为42MW,预计到2010年的其产量将达到917 MW。(见表)
2. 我国CIGS太阳能电池领域研究及产业化状况
据2009年《科技信息》报报道,由南开大学、天津保税区投资公司等合作建设的国家863项目CIGS中试基地成功研制出有效面积804平方厘米,转化率为7%CIGS太阳能电池板,并且自主研发了一系列薄膜沉积设备,攻克多项技术难关,建立了具有国际水准的试验平台,并在国内首次完成了全套工艺流程的贯通。
日前,国内决大多数已建和在建CIGS生产项目均需采用国外的先进设备。2008年2月,山东孚日光伏科技有限公司宣布向德国Johanna公司购入两条CIGS电池生产线,每条生产线计划能产为30MW,设备总价约为11175万欧元,设备于2009年11月11日运抵,即将全面调试运行。目前,包括广州、锦州、攀枝花等国内十几个城市先后拟定上马同类项目。
3.国家相关扶持政策
国家财政部于2009年4月16日下发了《太阳能光电建筑应用示范项目申报指南》,明确支持太阳能光电建筑一体化安装且发电主要用于解决建筑用能的项目。政策扶持的对象可为项目业主单位或光电一体化产品中标企业,实行如下财政补贴:建材型、构件型光电建筑一体化项目,补贴标准不超过20元/瓦;对于与屋顶、墙面结合安装型光电建筑一体化项目,补贴标准不超过15元/瓦;具体标准将根据项目增量成本、建筑结合程度确定。《指南》的下发大大实惠了国内致力于光电建筑一体化的太阳能电池生产厂商,而尤为薄膜太阳能电池的生产厂商首当其冲。
4. 产业化道路上的主要障碍
(1) 设备购置成本问题
虽然CIGS薄膜电池的生产成本较低,但是由于核心技术掌握在国外公司手中,设备购置成本较高。据长城证券能源行业分析师周涛分析:薄膜太阳能的前期投资非常高昂,其生产设备几乎为晶体电池设备投资额的10倍。四川攀枝花太阳能项目投资1.5亿美金建设共计100MW的薄膜太阳能电池生产线,而同期建设的30MW单晶硅电池组建生产线项目投资仅为1000万元人民币。
(2)生产原材料价格问题
原料价格直接影响生产成本。近年来,多晶硅系列电池得到了广泛运用,大量的需求造成了国际市场上晶体硅原料价格大涨近10倍,08年国内价格已超过2400元/kg。我国虽然是硅原料产销大国,但是由于定价权长期被国外金融资本所控制,原料供应价格得不到保障。
CIGS薄膜材料中所含稀缺元素铟在我国有丰富的储存量,但是由于国内现在并没有建立对铟原料的大宗商品交易规则,因此存在与硅原料价格类似被国外金融资本操纵的情况。
三、当前国内主要CIGS项目情况
当前国内主要已建、在建CIGS项目如下:
1. 广州太阳能电池项目
2009年,广州市与耀飞国际有限公司和广东信宇投资有限公司签约,拟投资5亿美元建设4条25MW的CIGS生产线。
2. 山东孚日集团项目
孚日光伏拟向德国 Johanna Solar Solutions GmbH 公司采购生产线两条,每条设计产能为30MW,两条共 60MW,设备总价约为 11175 万欧元。
3. 苏州高赛项目
苏州高赛太阳能技术有限公司拟于2010年正式投产一条25MW生产线,预计年销售额达3000万美元。
4.爱瑞安锦州项目
2009年,锦州与美国ARION集团、台湾金色能源太阳能有限公司签订了合作协议,投资30亿元人民币建设200兆瓦生产规模。
5. 威海中玻项目
威海中玻光电有限公司与台湾威奈联合科技公司、台湾美联能源科技股份有限公司签订合作协议,计划投资6亿美元,拟建一条25兆瓦的生产线,并拟于三年内将达250兆瓦产能。
6. 福建创辉光电项目
创辉光电科技有限公司计划投资6000万美元,用地300亩,达产后可实现年产值12亿元。
7.广西尚科光伏项目
项目计划总投资11.5亿元,建成300MW多晶硅及70MWCIGS薄膜电池的生产能力,年销售额达到60亿元以上,利税5亿元。其中一期工程总投资2亿元,年产值16亿元。
8. 山西宏燊光伏项目
项目总投资8.08亿元,2009-2011年实现生产能力180MW;2011-2013年设计总产能达到300MW,规划2015再上300MW产能。
9.河南燕垣光伏能源项目
项目于2009年5月开工建设,计划三年内投资7.8亿元,完成项目一期工程,建成60MW生产能力。
10.攀枝花太阳能项目
中国汇通担保有限公司、台湾威奈科技股份有限公司计划联合投资1.5亿美元。一期投资7500万美元建设年产50MWCIGS薄膜太阳能生产线,二期投入7500万美元再建一条50MWCIGS薄膜太阳能电池生产线,并建成10MW光伏发电站。
11. 本溪项目
威奈公司与本溪市委市政府达成一致,投资额4.8亿元人民币建设CIGS太阳能模块生产企业; 同时威奈公司投资额3亿元人民币独资建设年产能250兆瓦CIGS薄膜生产企业 。
12.天津项目
项目规模为200MW,注册资金2000万美元,预计2010年6月份投产。
13.扬州力铼光
项目一期总投资9800万美元,预计2010年建成一条年产30MW生产线。2011年计划再建一条生产线年产30MW生产线。
参考文献:
[1]马光耀 康志君 谢元锋:铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展及发展前景.金属功能材料. [J].2009,16(5):46-49
[2]唐逾: 我国成功研制出铜铟镓硒太阳能电池组件. [J].2009,6(1)
[3]庄大明 张 弓:CIGS薄膜太阳能电池研究现状及发展前景.新材料产业. [J].2005(4):43-48
[4]王希文 方小红:[J ] 铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其发展.可再生能源.2008,26(3):13-16