不同技術路線薄膜太陽能電池效率發展情況

根據NREL（美國國家可再生能源實驗室）公布的數據，目前薄膜電池已發展出十幾種技術路線，其中發展勢頭最好的有碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、染料敏化電池和非晶硅電池。根據NREL的最新統計，上述幾種電池的實驗室最高轉換效率已分別達到22.1%、23.4%、12.3%和14.0%。作為對比，晶硅電池的實驗室最高轉換效率為47.1%。目前CdTe、CIGS和非晶硅電池均已實現產業化，染料敏化電池的進程相對落后。

值得一提的是，近年來鈣鈦礦電池（Perovskite Solar Cell，PSC）異軍突起，作為一種問世僅10年的新路線，其實驗室最高轉換效率已達29.1%，發展速度遠遠超過其他電池，已經成為光伏電池研究領域最閃亮的明星。

注：NREL尚未公布2020年最新數據。

薄膜太陽能電池占太陽能電池份額較小 以CdTe為主

經過40多年的發展，目前全球薄膜電池的年出貨量也達到GW量級，成為光伏市場的重要補充。根據CPIA的統計，2019年晶體硅太陽能電池依然是太陽能電池的主導產品，其產量占全部太陽能電池產量的比重為95.37%，薄膜電池產量占全部太陽能電池產量的4.63%。

從產量動態結構來看，1980年代由于硅基薄膜電池的興起帶動薄膜電池市場份額一度超過30%，但隨著硅基薄膜技術路線遇到瓶頸，1990年代薄膜電池的總體份額持續滑落，2004年之后First Solar推動CdTe電池快速產業化，將市場份額再度推升至15%以上，隨后由于多晶硅價格的崩盤大幅降低晶硅電池成本，近年來薄膜電池的份額再度萎縮。

根據CPIA的統計，2019年，由于First Solar公司碲化鎘薄膜太陽膜電池產量大幅增長至5.7GW，全球三種主要薄膜太陽能電池中，碲化鎘薄膜太陽膜電池產量最大，占全部薄膜太陽能電池產量的85.5%;其次是銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，占全部薄膜太陽能電池產量的13.3%;非晶硅薄膜太陽能電池占全部薄膜太陽能電池產量的1.2%。隨著技術的發展，新興太陽能電池近年來也有所發展，但整體來看，目前還不具備規模。

硅基薄膜電池技術遭遇瓶頸 產量逐年下降

隨著碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池的興起，硅基類薄膜電池產量近年來有逐年下降的趨勢。根本原因是硅基薄膜轉換效率技術遇到瓶頸，競爭力基本喪失，產量同比大幅下滑。根據中國光伏行業協會發布的數據，2018年，全球硅基薄膜電池產量約為0.1GW。據前瞻測算，2019年，全球硅基薄膜電池產量進一步下降至0.08GW。

硅基薄膜電池目前從產品性能與生產成本上相較晶硅電池無明顯優勢，并且技術提升空間有限，企業相繼退出、減產。根據NREL公布的數據，2017年后，硅基薄膜太陽能電池最高轉換效率記錄再無進展，2015年后，硅基薄膜太陽能電池組件效率再無進展。國際主要的硅基薄膜電池廠商主要為日本的Sharp。目前我國涉及硅基薄膜太陽能電池的公司主要漢能控股公司、風帆股份、廣東榕泰、天威保變和綜藝股份等。

總的來說，目前硅薄膜太陽電池的最高轉換效率較低（a-Si：14.0%，μc-Si：21.2%），市場處于萎縮狀態。由于碲化鎘薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池和新興太陽電池（Emerging Solar Cells）的發展，硅基類薄膜電池的前景蒙上了一層陰影。

CdTe薄膜太陽電池產量大幅增長 前景最好

CdTe薄膜太陽電池市場份額遠低于晶硅電池，尤其是2012年以來，由于晶硅電池成本大幅下降，以First Solar為首的薄膜電池企業控制擴產速度，出貨量增速趨于停滯，份額持續萎縮。但近年來隨著新一代產品的成本大幅下降，CdTe電池出貨量有望迎來又一輪的高速成長期。根據CPIA的統計，2018年，全球CdTe組件產量為2.7GW。2019年，First Solar公司組件產量大幅增長112%至5.7GW。

從全球來看，碲化鎘是目前為止商業化最成功的薄膜電池。CdTe材料帶隙寬度約1.5eV，與太陽光譜更匹配，其理論效率達32%，高于晶硅，降本潛力也很大。目前碲化鎘電池的實驗室效率已達22.1%，商業化組件效率達到19.0%，成本可與晶硅產品抗衡。此外，CdTe電池可以便捷地與建筑材料結合用于BIPV市場。鑒于以上優點，碲化鎘電池的產能仍然處于擴張階段，CdTe電池是未來幾年發展前景最明確的薄膜電池技術。

從國內來看，根據中國光伏行業協會的統計，2019年我國小面積CdTe電池（0.5mm2）實驗室最高轉換效率約19.2%。CdTe組件（面積為1200×600mm2）量產最高轉換效率為15.9%，量產平均轉換效率為14.6%，較2018年提升了0.6個百分點，2020年有望達到15.9%。

CIGS路線受國內企業追捧 產能即將釋放

從產業化角度來看，Solar Frontier的CIGS電池組件已經實現商業化量產，2017年實現冠軍電池組件轉換效率19.8%（7×5cm2）和19.2%（30×30cm2）。目前CIGS電池組件的生產成本可以達到0.40$/Wp。CIGS電池組件產業化技術的難點在于沉積薄膜厚度和元素計量比的均勻性，硒化的均勻性和大面積生產的均勻性、重復性和穩定性。在產業化進程中，與工藝相比設備的因素起更關鍵的作用。

近年來，我國企業主要采取海外并購取得知識產權，并大力引進國外成套產線技術，在CIGS電池組件制備方面取得了很大的進步。例如，凱盛科技并購德國Avancis的CIGS電池組件有效面積光電轉換效率達到了16.4%;漢能子公司Solibro點源共蒸CIGS玻璃基底電池器件實驗室效率22.9%，大面積組件效率達17.52%;神華集團合作伙伴Manz量產玻璃基底CIGS薄膜電池組件轉換效率16%;尚越光電柔性CIGS薄膜電池組件效率15.3%。目前我國在產業技術進步方面面臨如何實現引進技術的二次開發，在比較高的起點上實現CIGS產業技術的進一步提高。

2016開始神華集團、上海電氣和德國Manz三方合作共同發展我國CIGS電池組件的產業化和解決持續的技術進步，其中通過Manz可以得到其合作伙伴ZSW的技術支持。ZSW的CIGS團隊擁有先進的CIGS薄膜太陽能電池和組件制備技術，其CIGS薄膜太陽能電池轉換效率達到22.6%，組件效率大于17%，PSC/CIGS兩端疊層電池的轉換效率達到24.6%。三方合資成立重慶神華薄膜太陽能科技有限公司，建設306MWp產能的CIGS電池組件生產線，利用Manz成熟技術發展CIGS電池組件產業化;合資成立神華（北京）光伏科技研發有限公司，建設44MWp產能的CIGS薄膜太陽能電池實驗研究線，研究高效率光伏電池技術、工藝、整體解決方案;合資成立蘇州曼茲新能源裝備有限公司提供CIGS薄膜電池組件生產設備整廠解決方案。

根據CPIA的統計，2017年，全球銅銦鎵硒薄膜電池產量為1.10GW;2018年，銅銦鎵硒薄膜電池產量為0.87GW，出現較大幅度下滑，主要原因是：龍頭企業Solar Frontier受日本本土光伏市場的影響，銷售量和產量均出現下滑;中國薄膜制造企業在建CIGS薄膜項目大部分產能并未如期釋放。據前瞻測算，2019年，全球銅銦鎵硒薄膜電池產量小幅度回升至0.89GW。

CIGS產能未來主要在中國。CIGS薄膜電池近幾年轉換效率提升較快，國內己有漢能、中建材、國家能源集團等企業相繼投入巨資進行薄膜電池產品的研發和產業化。截至2018年底，漢能陸續交付第三方CIGS產線公開產能數據約為4.5GW。中建材凱盛光伏宣稱在安徽蚌埠、四川甘眉、河北秦皇弱、江蘇江陰各建設年產能300MW生產線，其中蚌埠300MW已建成，計劃2025年實現總產能lOGW，遠期規劃將形成全球20GW生產能力。到2019年上半年，由國家能源集團承擔的國家住建部“CIGS太陽能薄膜發電技術在光伏建筑一體化中的應用研究”課題和在北京、江蘇、廣東、海南、四川等省市落地6個實體示范項目將陸續完工。2018年5月，錦江集團設計產能lGW、總投資規模75億元的CIGS項目落戶連云港，其中一期350MW。圣暉菜在江蘇句容投資100億元，建設lGW的CIGS生產線，一期已投資10億元。中國的CIGS薄膜太陽能電池在建產能和規劃產能大幅增長。

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