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破解薄膜太阳能“中国式”困境:自主创新与引进技术并重

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-29   浏览次数:96
核心提示:  近日,一则来自美国光伏巨头FirstSolar的消息再次引发业界对薄膜太阳能前景的关注,据该公司宣布,其碲化镉(CdTe)薄膜光伏组
   近日,一则来自美国光伏巨头First Solar的消息再次引发业界对薄膜太阳能前景的关注,据该公司宣布,其碲化镉(CdTe)薄膜光伏组件的转换效率首次超越多晶硅组件,达到创纪录的18.6%。业内专家表示,当晶硅技术达到其理论上的转换效率上限时,薄膜技术创新仍有较大提升空间,未来太阳能光伏将走进薄膜时代。然而,我国薄膜技术水平与国外差距较大,国内薄膜太阳能产业发展仍然缓慢也引起业界担忧,薄膜太阳能的“中国式”困境亟需寻求破解之道。

  薄膜太阳能的有利与不利

  众所周知,晶硅和薄膜是太阳能光伏电池的两大主要技术阵营。“目前光伏产业中主流的电池产品为多晶硅电池,但成本过高。”太阳能电池领域知名专家、清华大学教授张弓表示,要想解决光伏产业中太阳能电池成本过高的问题,就要想办法提高光电转化效率和降低制造成本,那么,薄膜化则成为太阳能电池发展的必由之路。

  薄膜太阳能技术最主要的竞争优势是在成本。由于薄膜材料需要的反应温度低,可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积,易于大面积连续化生产,材料、器件、商品化的组件在一个车间内同时完成,节省了许多工序。同时,太阳能电池实现薄膜化后,用硅量极少甚至没有,能极大的节省昂贵的半导体材料,也更容易降低成本。

  其次,与晶硅太阳能电池比较,薄膜太阳能电池产品更加多元化,在一些不适应用晶硅电池的领域,薄膜电池更能发挥作用,比如在建筑屋顶、半透明外墙、遮阳系统等领域。由于柔性特点,薄膜太阳能电池甚至可以做在衣服上面、帐篷上面,而高效率的特点,使得薄膜太阳能电池可以应用于飞机、飞艇、太阳能电池汽车等领域。

  但是,薄膜电池的广泛应用也有市场障碍,当前多晶硅缺料的问题正在缓解,价格也大幅下降,这势必冲击各类薄膜电池在成本上的优势。此外,有资料显示,薄膜太阳能电池的设备投资,几乎是晶体硅电池设备投资额的10倍,筹资难度增高。

  中国薄膜产业的发展历程

  目前,制造薄膜太阳能电池的生产技术非常多,已实现量产的技术主要有非晶硅、碲化镉(CdTe),铜铟镓硒(CIGS)三种,另外还有染料敏化、砷化镓、高分子聚合物材质等不同薄膜太阳能电池技术,但均未达到量产条件。其中非晶硅薄膜太阳能电池技术发展最早、所占市场份额最大,也是目前中国厂商发展薄膜太阳能电池的主要方向。

  我国从上世纪80年代中后期就已引进非晶硅电池技术,哈尔滨科罗拉太阳能电力公司成为当时最早引进非晶硅太阳能电池生产线的发电企业;九十年代初,深圳宇康太阳能电池公司(拓日前身)引进第二条1MW非晶硅薄膜太阳电池生产线;九十年代中下期,深圳创益、深圳日月环等多家企业纷纷复制宇康公司生产线,非晶硅电池产业进入稳步发展态势。不过这段时期的产品均为单结非晶硅薄膜电池组件,产品转换效率只有3%-5%。

  进入本世纪后我国非晶硅电池产业进入快速发展时期。自2004年天津津能开始引进2。5MW技术水平更高的微非迭层电池(a-Si/uc-S)生产线后,常州源畅、赣能股份、河北新奥集团、烟台通用光伏、南通强生光电、保定天威集团等厂商,纷纷宣布涉足薄膜太阳能电池产业,并在2007-2008年掀起了一波薄膜太阳能电池投资热。2009年民营清洁能源巨头汉能控股集团正式进军太阳能领域,并在四川、广东、海南、浙江、山东、江苏等地迅速建成薄膜太阳能产业研发制造基地,截止2012年底总产能已达到3GW。

  由此,中国太阳能光伏产业格局发生重大变革,薄膜太阳能电池占整个中国太阳能电池产能的比例,根据拓墣产业研究所预计,将有望超过20%。而经过多年的自主研发,我国的非晶硅电池组件的转换效率也提高至6%~10%,并得到发达国家的认可。

  CIGS遭遇“中国式”困境

  以First Solar为代表的CdTe技术线路,虽然达到多晶硅组件的转换效率,仍难以避免人们疑虑Cd污染影响其推广使用。在此情形下,兼具高转换率和低材料成本的CIGS被视为性价比最高的薄膜太阳能电池备受推崇。全球第一个CIGS 薄膜太阳能电池商业化量产实现者为日本的Solar Frontier,其2007年初始转换率为13%,如今更是提高至15%以上。

  相比起来,中国国内CIGS产业起步更晚,受生产设备和技术瓶颈的制约,产业发展一直缓慢。相关数据显示,2001年以前国内从事CIGS薄膜太阳能电池研究的单位极少,稍有影响的是天津南开大学光电子所和清华大学机械工程系功能薄膜研究室。南开大学光电子所教授孙云此前就表示,“从技术成熟度和生产成本上看,CIGS的产业化前景十分明朗,且其很多优势(轻柔等)是晶硅所不具备的,将来的应用前景将会更加广阔。”他呼吁,国际薄膜价值链已经逐步形成,中国企业需要提早布局规划。

  时至今日,国内确有多家企业参与到CIGS产业的投资中来,其中汉能薄膜发电更是通过一系列CIGS技术并购,成为全球领先的薄膜太阳能企业。另据行业机构预测,2015年中国CIGS薄膜太阳能电池总产能接近2GW,几乎是目前全球所有CIGS薄膜厂商产能的2倍。这是否意味着中国CIGS薄膜太阳能的产业化进程将步入快车道?答案并非那么简单。“与晶硅电池成熟的产业供需及配套大环境相比,中国CIGS薄膜厂商‘零敲碎打’、‘孤军奋战’的境遇显而易见。” OFweek行业研究中心高级分析师冯辉说道。

  自主创新与引进技术并重

  不可否认,中国在发展CIGS薄膜太阳能电池产业上具有得天独厚的有利条件。首先我国是全球最大的稀有金属铟、镓资源储备和产出国,CIGS薄膜电池量产所需材料可以100%自给;其次,基于CIGS在下游终端市场的表现和上游制造环节的技术优势,CIGS产业化大纲早被国家科技部列为“十二五”光伏规划中,正在编制的“十三五”光伏规划,应再次把CIGS薄膜电池技术作为我国未来发展重大科技项目。

  但在孙云教授看来,相对资源和政策上的优势,CIGS技术的不断进步,才能在与晶硅技术的竞争中持续保持优势。但对于起步相对较晚的国内CIGS产业而言,生产设备和技术瓶颈的制约也是显而易见。在此背景下,我国发展CIGS薄膜太阳电池产业需要两条腿走路:一是坚持核心技术自主创新,设备全球采购;二是对国外先进生产线进行“引进消化吸收再创新”。

  如果说攻克CIGS薄膜生产设备是突破产业化最主要的技术瓶颈,那么引进生产线是在高起点平台上自主创新加快实现产业化有效途径。作为国内CIGS技术研发领域的先行者,孙云教授很清楚目前国内CIGS技术要取得突破的难度所在。他认为,中国企业在此时收购国外最先进技术及生产线,将其在中国落地,消化吸收再创新实现国产化,可使我国CIGS产业迅速达到世界前沿,大大缩短商品化时间,这也是我国快速发展的有效途径之一。

  在薄膜发电领域,汉能的一系列技术并购已经被证明是一个成功的案例。2012年3月,汉能控股集团收购了德国Q.cells SE公司的子公司Solibro;在接下来的两年时间里,汉能控股集团先后将美国Miasole、Global Solar Energy和Alta Devices三家公司收至麾下。四家海外公司中,主攻CIGS的Miasole公司和主攻砷化镓(GaAs)高效柔性薄膜技术的Alta Devices公司代表了当前世界在太阳能领域的顶尖水平,将成为汉能试图进行技术嫁接的新跳板。

  此外,孙教授还指出,CIGS作为薄膜发电最有前景的技术路线,本身有很多发展分支。每家企业所研发的铜铟镓硒产品,它们各有各的技术优势。“希望铜铟镓硒不要再重蹈晶硅覆辙,拒绝价格战,每家企业在各自的适用领域充分发挥不同产品的技术特性,共同把薄膜的行业盘子做大。”

 
 
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