碲化鎘薄膜電池的發(fā)展與前景

大方向上碳中和、碳達(dá)標(biāo)、綠色能源等等成了這2年的最熱議題，這是自上而下的關(guān)乎全球各國以及全人類的議題，這也是我們國家在未來必須要完成的目標(biāo)。而說到雙碳目標(biāo)，就離不開綠色能源的發(fā)展應(yīng)用，綠色能源的應(yīng)用就少不了我們熟知的光伏、風(fēng)電、水電、氫能、核能、生物能等等一切可以減少碳排放、污染排放的新能源。

而光伏能源，是綠色能源中的重要一環(huán)，也是應(yīng)用最為廣泛的能源，全球各國發(fā)展已經(jīng)非常成熟。相比歐美日等發(fā)達(dá)國家，我國的光伏產(chǎn)業(yè)開始晚，但是發(fā)展比較快，在短短的十幾年的時(shí)間里，已完成了該領(lǐng)域的起步、奔跑、跨越和摘冠的一系列過程，堪稱彎道超車的典范。

現(xiàn)在我國已是全球最大的光伏裝機(jī)國家，擁有全球最大光伏發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈集群、最大應(yīng)用市場(chǎng)、最大投資國、最多發(fā)明和應(yīng)用專利和最大產(chǎn)品出口國等一系列桂冠。

目前市場(chǎng)比較常用的分類方式是按照材料分為晶硅組件和薄膜組件，晶硅組件進(jìn)一步的分為單晶硅 和多晶硅，薄膜組件包括碲化鎘（CdTe）、銅銦硒（CIS），銅銦鎵硒（CIGS）、砷化鎵（GaAs）、銅鋅錫硫（CZTS）多種。

光伏晶硅組件中多晶硅組件占主導(dǎo)地位，技術(shù)最為成熟。晶硅組件的光電轉(zhuǎn)化率很高，技術(shù)發(fā)展較為成熟，設(shè)備投資較低，國產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)可以滿足電池片生產(chǎn)線大部分的需求。目前單晶或多晶太陽能電池片制成的，其占據(jù)主要市場(chǎng)地位。

而除了多晶硅和單晶硅材料半導(dǎo)體材料可以作為光伏材料以外，其實(shí)還有很多比如碲化鎘、銅銦硒、銅銦鎵硒、砷化鎵, 銅鋅錫硫等薄膜光伏組件形成的光伏市場(chǎng)。

而今天我們談?wù)勴诨k薄膜光伏。

如上所述，目前的光伏太陽能發(fā)電市場(chǎng)主要是由多晶硅和單晶硅組成，而以碲化鎘、銅銦硒、銅銦鎵硒、砷化鎵, 銅鋅錫硫等薄膜半導(dǎo)體形成的光伏發(fā)電市場(chǎng)還處于初期發(fā)展萌芽階段。還并不被市場(chǎng)主流所熟知。但接下來的BIPV光伏建筑一體化這個(gè)賽道給薄膜組件提供發(fā)展動(dòng)機(jī)。

首先政策方面，有2個(gè)政策推動(dòng)。

對(duì)于光伏建筑一體化BIPV主要是在屋頂和玻璃幕墻上的運(yùn)用，主要集中在廠房和公共建筑上，目前市場(chǎng)有兩大陣營(yíng)，1個(gè)是晶硅產(chǎn)品，1個(gè)是薄膜產(chǎn)品。

晶硅產(chǎn)品主要是光伏和屋頂結(jié)合的方式，主要龍頭是隆基，森特，天合和中信博。屋頂光伏目前發(fā)展很快，基本面毋庸置疑，有政策推動(dòng)和經(jīng)濟(jì)推動(dòng)。

我們主要來說薄膜產(chǎn)品，也就是薄膜發(fā)電玻璃，是和玻璃結(jié)合一起的，主要用在建筑玻璃幕墻上，薄膜玻璃就是兩塊玻璃中間夾了個(gè)薄膜，這里要注意，這個(gè)薄膜是發(fā)電的主體，而不是玻璃。

對(duì)于薄膜發(fā)電玻璃有個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)就是對(duì)比普通的建筑玻璃，薄膜發(fā)電玻璃上主要是增加了幾個(gè)材料，1薄膜、2發(fā)電芯片、3電纜、4逆變器、5eva,我們把普通建筑玻璃當(dāng)成存量市場(chǎng)，這些材料就是增量市場(chǎng)，這個(gè)是主要邏輯。再相比于屋頂光伏上又少了支架系統(tǒng)，鋁邊框和保護(hù)玻璃的系統(tǒng)，因?yàn)楸∧な潜徊ＡО饋淼模圆恍枰@些。

那么我們就來看看薄膜怎么樣。

薄膜有好幾種材料的技術(shù)路線，比如碲化鎘、銅銦硒、銅銦鎵硒、砷化鎵, 銅鋅錫硫等多種技術(shù)路線，最高其中碲化鎘薄膜電池組件是商業(yè)化最成功的一 種，市占率最高，也是在全球光伏組件出貨量占比前十中的唯一一種薄膜電池。2020年全球碲化鎘薄膜電池出貨量 6.1GW，占薄膜電池總量的 78%。

而領(lǐng)域內(nèi)像銅銦鎵硒薄膜電池，這個(gè)材料也是所有技術(shù)路線中光電轉(zhuǎn)換率高的，但是因?yàn)樯a(chǎn)成本較高、工藝未標(biāo)準(zhǔn)化、且銦和鎵這兩個(gè)材料的蘊(yùn)藏量稀少等問題，基本上目前來看這些是限制了他的發(fā)展。市場(chǎng)占有率僅有1%左右，這方面有布局的龍頭有漢能集團(tuán)、凱盛科技、中國神華等。

所以綜合從技術(shù)層面、能有效落地量產(chǎn)來說，碲化鎘薄膜玻璃目前的最佳選擇。

首先制造成本低，碲化鎘薄膜電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高，碲化鎘薄膜電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率約為32%（但目前還很低），高于晶硅、砷化鎵等其他類型的太陽能電池；另外碲化鎘薄膜的溫度系數(shù)低，溫度系數(shù)比晶體硅太陽能電池低一半左右，所以更適合于高溫、沙漠及潮濕地區(qū)等嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境；最后就是其弱光效應(yīng)好，無論在清晨、傍晚，還是陰云雨天等弱光環(huán)境下都能發(fā)電，具有比晶硅電池長(zhǎng)得多的發(fā)電時(shí)間。

目前國內(nèi)薄膜電池公司中，碲化鎘實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率最高的為凱盛科技集團(tuán)（未上市）旗下成都中建材，其碲化鎘發(fā)電玻璃實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率達(dá) 20.2%，接近世界最高水平 First Solar 的 22.1%，但其 15.8%的量產(chǎn)效率與 First Solar 的 19.7%仍有較大差距；國內(nèi)量產(chǎn)效率最高的為明陽 智能（601615 CH）子公司中山瑞科，其 1200*600 平方毫米標(biāo)準(zhǔn)碲化鎘量產(chǎn)組件轉(zhuǎn)化效率 達(dá) 16.7%。銅銦鎵硒實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率最高的為漢能（未上市）旗下美國 MiaSole Hi-Tech Corp 和歐洲 Solliance Solar Research 合作研發(fā)的新型柔性 CIGS 太陽能電池，其實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效 率達(dá) 22.9%，量產(chǎn)效率可達(dá) 20.6%；而凱盛科技集團(tuán)旗下 Avancis 生產(chǎn)的 30x30 平方厘米 CIGS 組件轉(zhuǎn)化效率為 19.6%。

目前市場(chǎng)上碲化鎘薄膜玻璃中，美國First Solar薄膜生產(chǎn)企業(yè)一家獨(dú)大，得益于 First Solar 在量產(chǎn)技術(shù)上的持續(xù)突破（過去十年平均每年組件轉(zhuǎn)化效率提 升 0.5pct 以上），碲化鎘成為了當(dāng)下最主流的薄膜電池。2006 年起碲化鎘在薄膜電池中占比超 過 50%，此后呈逐漸上升趨勢(shì)，2020 年達(dá) 78%。

First Solar 憑借其規(guī)模及技術(shù)優(yōu)勢(shì)持續(xù)優(yōu) 化單位制造成本，得以在行業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期與晶硅抗衡，其碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)量占全球 薄膜電池組件總產(chǎn)量 95%以上，也是全球光伏組件出貨量前十中的唯一一家薄膜電池企業(yè)。

行業(yè)發(fā)展制約因素

碲化鎘技術(shù)壁壘較高，沉積方法是核心工藝。碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中難度較高的有兩 個(gè)環(huán)節(jié)，分別是 TCO 玻璃生產(chǎn)和碲化鎘沉積。TCO 玻璃生產(chǎn)分為超白浮法玻璃生產(chǎn)和 TCO 鍍膜兩步，其中 TCO 使用的超白浮法玻璃相比普通建筑用的超白浮法玻璃對(duì)透光性要求更高，TCO 鍍膜的工藝也存在一定難度，目前具有量產(chǎn)能力的公司僅有日本旭硝子（5201 JP）和國內(nèi)的金晶科技（600586 CH）等少數(shù)幾家公司。

而在碲化鎘吸收層沉積是碲化鎘電池 生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，其沉積工藝也是決定最終組件性能的關(guān)鍵。目前碲化鎘沉積的主要技術(shù) 路線有氣相輸運(yùn)沉積（VTD）、常壓物理氣相沉積（APPVD）、近距離升華法（CSS）和電 沉積法等，其中 VTD 和 CSS 被實(shí)踐證明最適合于工業(yè)化生產(chǎn)。VTD 是 First Solar 的獨(dú)家 專利技術(shù)，CSS 則是公開技術(shù)。國內(nèi)的成都中建材和龍焱能源均采用 CSS 技術(shù)，并已開發(fā) 了部分自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)部分核心設(shè)備國產(chǎn)化。

較高的技術(shù)壁壘也是造成薄膜電池行業(yè)參與公司較少的主要原因之一，F(xiàn)irst Solar 也憑借著 其獨(dú)家專利技術(shù)在行業(yè)內(nèi)一家獨(dú)大。近年來國內(nèi)幾家公司通過國外收購與自主研發(fā)等路徑，已掌握較為成熟的碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)技術(shù)，量產(chǎn)效率也逐漸向世界領(lǐng)先水平靠攏；而上 游優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn) TCO 玻璃供應(yīng)業(yè)有望與之形成一定產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)。

國內(nèi)公司中，成都中建材/中山瑞科/龍焱能源分別現(xiàn)有 100/100/130MW 碲化鎘薄膜電池組 件產(chǎn)能；漢能和凱盛科技集團(tuán)分別已投產(chǎn)850/300MW 銅銦鎵硒薄膜電池組件產(chǎn)能?？紤]國內(nèi)公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率目前仍與晶硅差距較大，因此其目標(biāo)市場(chǎng)以幕墻 BIPV 為主，屋頂 BIPV 為輔。其中，中國建材近年來已連續(xù)投資超過百億建設(shè)多個(gè) GW 級(jí)薄膜電池基地，產(chǎn)能規(guī) 劃超過 5GW，龍焱能源也在積極尋找融資伙伴合作建廠。我們認(rèn)為若 BIPV 需求如期釋放，中建材等公司憑借超前的產(chǎn)能布局有望快速搶占市場(chǎng)。

政策利好

2019 年，市場(chǎng)監(jiān)管總局、住建部、工信部發(fā)布《關(guān)于印發(fā)綠 色建材產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施方案的通知》，提出在政府投資工程、重點(diǎn)工程、市政公用工程、綠 色建筑和生態(tài)城區(qū)、裝配式建筑等項(xiàng)目中率先采用綠色建材。BIPV 項(xiàng)目作為綠色建筑綠 色建材的重要實(shí)現(xiàn)方式，有望持續(xù)受益于政策的推進(jìn)。

2020 年，住建部等 7 部委發(fā)布《關(guān)于印發(fā)綠色建筑創(chuàng)建行 動(dòng)方案的通知》，以 2022 年新建綠色建筑占比 70%為目標(biāo)，推動(dòng)星級(jí)綠色建筑持續(xù)增加，引導(dǎo)政府投資工程率先采用綠色建材，逐步提高城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建材應(yīng)用比例。

2021 年 5 月，住建部等 15 部門發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)縣城綠色低碳建設(shè)的意見》，要求大力發(fā)展綠 色建筑和建筑節(jié)能，通過提升新建廠房、公共建筑等屋頂光伏比例和實(shí)施光伏建筑一體 化開發(fā)等方式，降低傳統(tǒng)化石能源在建筑用能中的比例。

2022 年 3 月 11 日住建部發(fā)布了《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》?！兑?guī) 劃》指出“十四五”期間綠色建筑行業(yè)的總體發(fā)展目標(biāo)是到 2025 年，城鎮(zhèn)新建 建筑全面建成綠色建筑，建筑能源利用效率穩(wěn)步提升，建筑用能結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，建筑能耗和碳排放增長(zhǎng)趨勢(shì)得到有效控制，基本形成綠色、低碳、循環(huán)的建設(shè)發(fā) 展方式，為城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域 2030 年前碳達(dá)峰奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

這一系列的政策可以看出，以綠色建筑建材為主的新局面拉開帷幕，BIPV項(xiàng)目（光伏建筑一體化）作為綠色建筑、綠色建材的重要實(shí)現(xiàn)方式，有望持續(xù)受益于政策的推進(jìn)。相比于晶硅組件，碲化鎘薄膜組件具有弱光效應(yīng)好、透光率高、可定制化外觀、熱斑效 應(yīng)弱等特點(diǎn)，相比于晶硅組件更適合用于 BIPV，特別是 BIPV 幕墻。

碲化鎘薄膜組件相關(guān)公司

相比于晶硅組件，薄膜組件市場(chǎng)參與者較少，單個(gè)公司的產(chǎn)能體量也較小。薄膜組件中，碲化鎘薄膜組件的相關(guān)公司主要有四家，F(xiàn)irst Solar、成都中建材、杭州龍焱科技和廣東 中山瑞科。從產(chǎn)能體量上來看，國內(nèi)的三家公司產(chǎn)能相對(duì)較小，仍處于擴(kuò)張期。First solar 作為全球最大的碲化鎘薄膜組件企業(yè)，進(jìn)入行業(yè)時(shí)間較早，體量相比國內(nèi)公司，高出一 個(gè)數(shù)量級(jí)。

而成都中建材 2017 年建設(shè)了世 界第一條擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)工業(yè) 4.0 的年產(chǎn) 100 MW 碲化鎘發(fā)電玻璃示范生產(chǎn)線，也是世界第一條能夠制備大面積碲化鎘發(fā)電玻璃的生產(chǎn)線，產(chǎn)品單片面積 1.92 平方米，年發(fā) 電可達(dá) 260 度左右。2021 年 3 月，成都中建材已實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率 20.2%，量產(chǎn)轉(zhuǎn)化 效率 15.8%，為國際領(lǐng)先水平。公司一條 300MW 的碲化鎘生產(chǎn)線，一年的產(chǎn)量可以安裝 在 200 萬平方米的幕墻或者屋頂（折合 1GW 產(chǎn)能對(duì)應(yīng) 666 萬平米幕墻需求），發(fā)電 3.4 億度，足夠 10 萬個(gè)家庭使用一年。

而央企中建材除了在碲化鎘薄膜領(lǐng)域在成都設(shè)立分公司，還相繼在湖南株洲（今年已投產(chǎn)）、河北邯鄲、江西瑞昌、江蘇泰州、黑龍江佳木斯、四 川雅安、山東青島、甘肅定西、安徽蚌埠等 10 處投資建設(shè)碲化鎘發(fā)電薄膜組件基地，一 期項(xiàng)目產(chǎn)能合計(jì) 1.9GW，總體規(guī)劃 4.9GW，將有望成為僅次于美國第一太陽能的薄膜發(fā) 電組件公司。

至此大規(guī)模的布局建廠，是否可以說明是碲化鎘薄膜的春天即將來臨？

而從成都中建材訂單的情況來看，預(yù)計(jì)2022年產(chǎn)能將是去年的3倍，所以整體情況來看，碲化鎘薄膜市場(chǎng)呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。

綜上，對(duì)于碲化鎘玻璃市場(chǎng)來說，正迎來大的發(fā)展機(jī)遇，而行業(yè)的現(xiàn)有格局，也能看到國資企業(yè)在碲化鎘技術(shù)資源方面的優(yōu)勢(shì)，而成都中建材背靠中建材集團(tuán)，未來發(fā)展可想而知。

延伸閱讀一

「最美科技工作者」潘錦功和他的光電玻璃夢(mèng)播報(bào)文章

他毅然拒絕國外千萬年薪，選擇回國創(chuàng)業(yè)，研發(fā)“發(fā)電玻璃”。他的研發(fā)讓光伏和玻璃來了一場(chǎng)浪漫的邂逅，實(shí)現(xiàn)碲化鎘發(fā)電玻璃“中國智造”。手握34個(gè)國家專利，造福國家和人民，他就是潘錦功。

放棄百萬年薪回國創(chuàng)業(yè)

潘錦功出生在杭州，祖籍四川，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)。1996年在美國新澤西理工大學(xué)讀博士。

作為一個(gè)工科生，潘錦功一直致力于清潔能源發(fā)電的研究，當(dāng)時(shí)的院校對(duì)碲化鎘薄膜太陽能電池的研究還停留在比較難以突破的瓶頸階段，由于研究成本高昂，這一塊的論文及實(shí)驗(yàn)一直處在比較空白的階段。潘錦功認(rèn)為這項(xiàng)研究有很大的科學(xué)價(jià)值尚未被發(fā)掘，于是他希望建立了碲化鎘薄膜太陽能研究中心?！皬澋莱?，就要走別人沒走過的路，這樣發(fā)展空間才會(huì)無限。”固執(zhí)的潘錦功使出第一個(gè)招數(shù)：磨。磨到當(dāng)時(shí)的校領(lǐng)導(dǎo)終于被說服，碲化鎘薄膜太陽能研究中心建立起來。

成立研究中心難，攻克關(guān)鍵技術(shù)問題更難。碲化鎘要從研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化，這是個(gè)不可逾越的障礙。功夫不負(fù)有心人，潘錦功和團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出碲化鎘薄膜材料多能級(jí)多摻雜載流子密度圖解法，把銅摻雜背接觸、暗電流阻擋材料兩個(gè)關(guān)鍵問題攻克，并制出樣品，轉(zhuǎn)化效率在國際領(lǐng)先。

為了留住“美國碲化鎘薄膜技術(shù)發(fā)展的未來”，美國向潘錦功開出了百萬年薪的高薪誘惑。但潘錦功卻不為所動(dòng)，因?yàn)樗麅?nèi)心早已打定主意，要回到祖國報(bào)效國家。

實(shí)現(xiàn)碲化鎘發(fā)電玻璃“中國智造”

2010年，潘錦功回國?；貒蟮呐隋\功一刻都沒有休息，在四川成立了自己的太陽能科技公司，自己是又當(dāng)董事長(zhǎng)管理公司，又當(dāng)科研人員帶團(tuán)研究，目的只有一個(gè)，研發(fā)出世界第一塊“發(fā)電玻璃”。

但在企業(yè)發(fā)展過程中，潘錦功遇到了很多問題。每當(dāng)回憶起公司前期發(fā)展的一點(diǎn)一滴，潘錦功都十分感動(dòng)，他說：“艱辛都是值得的，科學(xué)研究沒有捷徑可以走。在困難的時(shí)候，自己藏起來偷偷地哭，哭完就接著和團(tuán)隊(duì)研究，因?yàn)檠蹨I是不會(huì)告訴你實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的！”

通過不斷努力，2017年潘錦功團(tuán)隊(duì)研發(fā)出全世界最大的單體面積碲化鎘發(fā)電玻璃。在此之前世界最大的單體發(fā)電玻璃面積為0.72平米，潘錦功刷新了這個(gè)紀(jì)錄，他將世界最大單體發(fā)電玻璃的面積提升到1.92平米，實(shí)現(xiàn)了碲化鎘發(fā)電玻璃的“中國智造”。

這種發(fā)電玻璃只是在普通的玻璃上涂抹4微米厚的碲化鎘光電薄膜，就可以為一個(gè)普通家庭，一年提供260度到270度左右的電。他研究的單體電池發(fā)電轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到了17.8％，且只要55秒就可以生產(chǎn)完成一塊碲化鎘太陽能電池。這項(xiàng)研究成果一舉獲得34項(xiàng)專利，其中19項(xiàng)發(fā)明專利完全是屬于中國自主的核心技術(shù)專利。

潘錦功說，這些技術(shù)專利是屬于中國的，它可以為全世界帶來福利，但它必須是從中國走出去的。

帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)趕超世界一流水平

2020年，潘錦功團(tuán)隊(duì)產(chǎn)學(xué)研究成果“年產(chǎn)100兆瓦碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃BIPV生產(chǎn)線”在江西九江瑞昌市落地，是全球第一條光伏建筑一體化碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃生產(chǎn)線，解決了高純光電材料合成、鍍膜、熱處理、封裝等方面的“卡脖子技術(shù)”難題，且達(dá)到“研發(fā)技術(shù)水平國際領(lǐng)先、產(chǎn)品及色彩種類全球領(lǐng)先、填補(bǔ)江西省BIPV弱光發(fā)電玻璃技術(shù) 空白”，是半導(dǎo)體材料應(yīng)用領(lǐng)域的一場(chǎng)技術(shù)革命，打破了西方的技術(shù)封鎖，使中國從建筑玻璃大國提升為電子玻璃強(qiáng)國，引領(lǐng)了碲化鎘產(chǎn)業(yè)界一個(gè)新的世界技術(shù)潮流。

截至目前，潘錦功團(tuán)隊(duì)以中國建材集團(tuán)為平臺(tái)支撐，依托凱盛科技集團(tuán)的新能源產(chǎn)業(yè)支持，完全實(shí)現(xiàn)了碲化鎘產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主研發(fā)，自我保護(hù)，先后成立了德國、美國、成都、蚌埠新能源研究技術(shù)中心或?qū)嶒?yàn)室，已經(jīng)發(fā)表論文200多篇，申請(qǐng)發(fā)明專利202項(xiàng)，已授權(quán)70項(xiàng)，參與標(biāo)準(zhǔn)制（修）定共15項(xiàng)，承擔(dān)國家和省市區(qū)科研項(xiàng)目25項(xiàng)。

回望來時(shí)路，潘錦功說：“感謝國家，給了我們報(bào)國的機(jī)會(huì)；感謝時(shí)代，把機(jī)會(huì)給了愿意堅(jiān)持的我們?！比缃?，他并沒有安于現(xiàn)狀，而是不斷開拓進(jìn)取，他想要研發(fā)太陽能汽車，從源頭解決我國資源緊張和環(huán)境問題。

前言-越像玻璃的寶石越值錢。

碲化鎘薄膜電池只有3微米，在效率方面目前來說是比不上光伏板的，但是他的優(yōu)勢(shì)也是相當(dāng)明顯的，他太薄了。

BIPV是指太陽能光伏建筑一體化，碲化鎘薄膜電池由于厚度小，可以與建筑材料結(jié)合，可以說在未來碲化鎘薄膜電池在這一領(lǐng)域可以說是擁有莫大的優(yōu)勢(shì)。

未來，光伏的安裝不在局限于廢棄的煤坑、魚塘、海洋和村莊屋頂。相當(dāng)于是在墻面上涂了一層漆一樣，城市的高樓也將是分布式光伏安裝的一點(diǎn)。新能源汽車的逐漸發(fā)展，車的漆層也會(huì)成為光伏發(fā)電項(xiàng)目的一部分。如果是野外旅游，甚至可以有光伏發(fā)電帳篷可以使用，讓你在荒無人煙之地，也可上網(wǎng)沖浪。暴露于太陽下藝術(shù)雕塑、公園的假山、欄桿，啊~，多，太多了，太多的地方可以應(yīng)用了，這就是科技進(jìn)步的力量吧。薄膜光伏兩起兩落，或?qū)⒒貧w平穩(wěn)！

延伸閱讀二

薄膜份額兩起兩落，BIPV或驅(qū)動(dòng)新一輪擴(kuò)張

薄膜太陽能電池(以下簡(jiǎn)稱薄膜電池)是晶硅電池之后的第二代太陽能電池，起源于上世紀(jì)70年代，其在全球光伏電池出貨量中占比最高曾達(dá)30%以上，是光伏發(fā)展歷史中具有濃墨重彩的一部分。薄膜電池按材料種類不同可分為硅基(a-Si)、碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)、砷化鎵(GaAs)薄膜電池等，其中碲化鎘薄膜電池組件是商業(yè)化最成功的一種，也是在全球光伏組件出貨量占比前十中的唯一一種薄膜電池。

市場(chǎng)份額兩起兩落，整體受晶硅持續(xù)壓制。根據(jù)FraunhoferISE的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們認(rèn)為薄膜電池在全球光伏市場(chǎng)上的份額經(jīng)歷了四輪較大的周期：

1)1980-1989年，硅基薄膜電池的興起帶動(dòng)薄膜電池市場(chǎng)份額快速提升;

2)1990-2003年，硅基薄膜電池由于效率過低發(fā)展受限，市場(chǎng)份額持續(xù)下滑;

3)2004-2009年，美國FirstSolar(FSLRUS)實(shí)現(xiàn)碲化鎘低成本量產(chǎn)，薄膜電池市場(chǎng)份額有所回升;

4)2010至今，隨著中國光伏企業(yè)的晶硅成本快速下降且效率大幅領(lǐng)先，薄膜電池失去低成本優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)份額被不斷壓縮。

在這四輪周期中，薄膜電池的市場(chǎng)份額最高曾達(dá)到30%以上，而2020年已降至5%左右，2021年預(yù)計(jì)仍將進(jìn)一步下降。在薄膜電池中，起初由硅基薄膜電池占據(jù)主導(dǎo)地位，在FirstSolar開始大規(guī)模量產(chǎn)后碲化鎘的出貨量及占比快速提升，2020年全球碲化鎘薄膜電池出貨量6.1GW，占薄膜電池總量的78%。

薄膜電池具有更高的理論轉(zhuǎn)化效率，但目前實(shí)驗(yàn)和量產(chǎn)最高效率低于晶硅。以碲化鎘為例，由于其具有遠(yuǎn)超晶硅的吸光能力，且由于碲化鎘薄膜具有一個(gè)約1.5eV的直接帶隙，其光譜響應(yīng)與太陽光譜的更加匹配，根據(jù)《CdTe-basedThinFilmSolarCells:Past,PresentandFuture》，其理論最高轉(zhuǎn)化效率可達(dá)32%，比晶硅電池高3pct左右。

然而，目前碲化鎘薄膜電池的實(shí)驗(yàn)室和量產(chǎn)最高轉(zhuǎn)化效率分別為22.1%和19.7%(均由FirstSolar創(chuàng)造);而作為對(duì)比，晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率則在始終高于碲化鎘的基礎(chǔ)上仍在持續(xù)提升，目前實(shí)驗(yàn)室最高效率已達(dá)27.6%，量產(chǎn)效率上晶科能源(688223CH)的TOPCon電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率已超過24.5%。其他薄膜電池中，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)化效率為CIGS的23.4%(由SolarFrontier創(chuàng)造)，與晶硅電池的效率同樣有不小差距。

碲化鎘是商業(yè)化最成功的薄膜電池

FirstSolar一家獨(dú)大，引領(lǐng)行業(yè)艱難中前進(jìn)。雖然碲化鎘的轉(zhuǎn)化效率并不是薄膜電池中最高的，但得益于FirstSolar在量產(chǎn)技術(shù)上的持續(xù)突破(過去十年平均每年組件轉(zhuǎn)化效率提升0.5pct以上)，碲化鎘成為了最主流的薄膜電池。

2006年起碲化鎘在薄膜電池中占比超過50%，此后呈逐漸上升趨勢(shì)，2020年達(dá)78%。FirstSolar憑借其規(guī)模及技術(shù)優(yōu)勢(shì)持續(xù)優(yōu)化單位制造成本，因此得以在行業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期與晶硅抗衡，其碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)量占全球薄膜電池組件總產(chǎn)量95%以上，也是全球光伏組件出貨量前十中的唯一一家薄膜電池企業(yè)。

近年來全球光伏市場(chǎng)火熱，F(xiàn)irstSolar也接連宣布擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2023產(chǎn)能將增長(zhǎng)至14.5GW，其碲化鎘組件產(chǎn)量和全球市占率也自2017年開始持續(xù)回升，2021年分別達(dá)7.9GW和4%，帶動(dòng)薄膜電池組件的全球市場(chǎng)份額觸底反彈。

碲化鎘薄膜電池的基本結(jié)構(gòu)由五個(gè)部分組成，包括玻璃襯底(入射太陽光)、起到透光和導(dǎo)電作用的TCO層(前部接觸層)、n型窗口層(形成異質(zhì)結(jié))、p型吸收層(CdTe)、背接觸層和背電極(降低CdTe與金屬電極接觸勢(shì)壘并連接外電路)。

近年來，碲化鎘薄膜電池轉(zhuǎn)化效率的由此前的16.7%大幅提升至22.1%主要得益于兩項(xiàng)應(yīng)用創(chuàng)新，一是在吸收層中引入了1，使吸收層的帶隙縮小至1.4eV，因此可以吸收更多的低能光子;二是將窗口層中的CdS替換成了MgZnO，降低了載流子損耗。

摻雜或?yàn)槲磥硖嵘D(zhuǎn)化效率的方向。目前限制碲化鎘提升效率的主要因素在于CdTe的帶隙使得其開路電壓無法達(dá)到最佳范圍(900mV以內(nèi))，而開路電壓主要取決于少數(shù)載流子(少子)造成的載流子復(fù)合，可以通過摻雜其他物質(zhì)進(jìn)行改變。增加摻雜的濃度，可以減少平衡時(shí)少子的濃度從而降低開路電壓;但另一方面，增加摻雜的濃度會(huì)減少少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，即減少其壽命，且不利于載流子的收集。因此，摻雜是目前碲化鎘薄膜電池研究中的難點(diǎn)，也是提升其效率的關(guān)鍵因素之一。

碲化鎘技術(shù)壁壘較高，沉積方法是核心工藝。碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中難度較高的有兩個(gè)環(huán)節(jié)，分別是TCO玻璃生產(chǎn)和碲化鎘沉積。TCO玻璃生產(chǎn)分為超白浮法玻璃生產(chǎn)和TCO鍍膜兩步，其中TCO使用的超白浮法玻璃相比普通建筑用的超白浮法玻璃對(duì)透光性要求更高，TCO鍍膜的工藝也存在一定難度，目前具有量產(chǎn)能力的公司僅有日本旭硝子、板硝子和國內(nèi)的金晶科技等少數(shù)幾家公司。

而在碲化鎘吸收層沉積是碲化鎘電池生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，其沉積工藝也是決定最終組件性能的關(guān)鍵。目前碲化鎘沉積的主要技術(shù)路線有氣相輸運(yùn)沉積(VTD)、常壓物理氣相沉積(APPVD)、近距離升華法(CSS)和電沉積法等，其中VTD和CSS被實(shí)踐證明最適合于工業(yè)化生產(chǎn)。VTD是FirstSolar的獨(dú)家專利技術(shù)，CSS則是公開技術(shù)。國內(nèi)龍焱能源均采用CSS技術(shù)，并已開發(fā)了部分自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)部分核心設(shè)備國產(chǎn)化。

較高的技術(shù)壁壘也是造成薄膜電池行業(yè)參與公司較少的主要原因之一，F(xiàn)irstSolar也憑借著其獨(dú)家專利技術(shù)在行業(yè)內(nèi)一家獨(dú)大。近年來國內(nèi)幾家公司通過國外收購與自主研發(fā)等路徑，已掌握較為成熟的碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)技術(shù)，量產(chǎn)效率也逐漸向世界領(lǐng)先水平靠攏;而上游優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)TCO玻璃供應(yīng)業(yè)有望與之形成一定產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)。

建筑光伏齊發(fā)力，BIPV競(jìng)品仍需驗(yàn)證

晶硅龍頭相繼入局，薄膜競(jìng)爭(zhēng)力尚待驗(yàn)證。2021年7月，晶科能源發(fā)布了其以晶硅組件為主體的透光/全黑/彩色幕墻BIPV產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)20.4%;隆基股份(601012CH)亦發(fā)布了其光伏幕墻產(chǎn)品“隆錦”。我們可以看到頭部晶硅組件廠商已開始積極布局幕墻BIPV產(chǎn)品，他們作為行業(yè)龍頭在規(guī)模、渠道等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而在技術(shù)上晶硅路線的效率也是一直領(lǐng)先于薄膜路線。

我們?nèi)砸郧拔腂IPV模型為基礎(chǔ)，將其中的碲化鎘薄膜組件替換成轉(zhuǎn)化效率為20%的晶硅組件，衰減率按單晶硅第一年3%，由于晶硅的弱光性弱于碲化鎘，我們假設(shè)其發(fā)電效率為薄膜組件的60%-90%?？紤]到晶硅組件價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定且透明(以1.85元/W為參考)，我們通過調(diào)整薄膜組件價(jià)格及晶硅發(fā)電效率兩個(gè)參數(shù)，觀察到在當(dāng)前價(jià)格下，晶硅發(fā)電效率為薄膜的60%左右時(shí)兩者才具有相同的經(jīng)濟(jì)性;當(dāng)晶硅發(fā)電效率為薄膜的90%時(shí)，薄膜的價(jià)格需要比晶硅便宜23.7%(即薄膜價(jià)格為290元/平)時(shí)兩者才具有相同的經(jīng)濟(jì)性。

薄膜龍頭超前布局產(chǎn)能，靜待需求釋放。規(guī)模化生產(chǎn)及持續(xù)的降本增效一直是光伏組件領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵，目前全球具有GW級(jí)以上產(chǎn)能的薄膜電池組件公司僅有FirstSolar和日本的SolarFrontier(未上市)兩家，其中FirstSolar以7.9GW(截至2021年底)的碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)能產(chǎn)能遙遙領(lǐng)先于其他公司;而受于競(jìng)爭(zhēng)壓力，SolarFrontier已于2021年10月宣布將于2022年6月停止其銅銦鎵硒薄膜電池的生產(chǎn)。FirstSolar在其2021年年報(bào)中表示將繼續(xù)擴(kuò)大其產(chǎn)能，到2023年有望新增6.6GW，體現(xiàn)出其對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的持續(xù)看好以及對(duì)自身技術(shù)的強(qiáng)大信心。

國內(nèi)公司中，成都中建材/中山瑞科/龍焱能源分別現(xiàn)有100/100/130MW碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)能。考慮國內(nèi)公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率目前仍與晶硅差距較大，因此其目標(biāo)市場(chǎng)以幕墻BIPV為主，屋頂BIPV為輔。其中，中國建材近年來已連續(xù)投資超過百億建設(shè)多個(gè)GW級(jí)薄膜電池基地，產(chǎn)能規(guī)劃超過5GW，龍焱能源也在積極尋找融資伙伴合作建廠。

時(shí)過境遷，現(xiàn)在有何不同?

目前全球碲化鎘薄膜電池組件的主要應(yīng)用市場(chǎng)仍為集中式光伏電站，F(xiàn)irstSolar通過不斷提升的組件效率及規(guī)模化生產(chǎn)帶來的低成本優(yōu)勢(shì)得以與晶硅的競(jìng)爭(zhēng);其他薄膜電池公司在效率差距較大的情況下亦未能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，因此發(fā)展較為困難。然而，隨著我國建筑節(jié)能率的提升以及超低能耗/零碳建筑的興起，分布式光伏迎來蓬勃發(fā)展期，建筑光伏一體化(BIPV)也有望為薄膜電池帶來發(fā)展新機(jī)遇。

2011年漢能薄膜太陽能電池制造基地正式投產(chǎn)，此后多年內(nèi)又相繼投產(chǎn)多個(gè)薄膜電池生產(chǎn)基地成為全球最大的薄膜太陽能企業(yè)，一度掀起了國內(nèi)薄膜電池的投資熱潮。然而，由于產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、需求等不及預(yù)期，不僅漢能面臨破產(chǎn)危機(jī)，許多已開工的薄膜電池項(xiàng)目也步入停擺或終止?fàn)顟B(tài)。如今隨著BIPV風(fēng)口來襲，薄膜電池再次受到廣泛關(guān)注，我們回顧行業(yè)最近幾年發(fā)生的變化，總結(jié)有如下幾點(diǎn)不同之處。

(1)政策支持力度加大，需求有望加快放量。2018年5月，發(fā)改委、財(cái)政部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》，提出優(yōu)化光伏發(fā)電新增建設(shè)規(guī)模、加快光伏發(fā)電補(bǔ)貼退坡，給我國光伏行業(yè)帶來“急剎車”。受此影響，深賽格(000058CH)和凱龍股份(002783CH)接連公告暫停其碲化鎘薄膜電池組件項(xiàng)目。我們?cè)谇拔牡臏y(cè)算中提到，薄膜電池BIPV的經(jīng)濟(jì)性仍較弱，其發(fā)展對(duì)政策扶持的依賴程度較大。

而自2020年9月我國明確提出雙碳目標(biāo)以來，BIPV和綠色建筑相關(guān)政策如雨后春筍般接踵而至，光伏行業(yè)發(fā)展再次進(jìn)入新的階段。2020年10月，中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)BIPV標(biāo)準(zhǔn)工作組正式成立;今年兩會(huì)上，全國人大代表彭壽建議修訂與完善BIPV標(biāo)準(zhǔn)，加速制定出臺(tái)發(fā)電玻璃等新型光伏材料與建筑材料集成的光電建筑構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)。我們認(rèn)為BIPV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系有望逐步建立，推動(dòng)行業(yè)向規(guī)范化、規(guī)模化、高質(zhì)量發(fā)展。

建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提升是強(qiáng)制性文件，目前建筑節(jié)能降碳的措施已基本采用，建筑光伏是既能提升發(fā)電增益，也是降低綜合能耗的重要舉措。結(jié)合前文的經(jīng)濟(jì)性來看，目前北京、南京、廣州、西安等城市有專門的BIPV補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)由0.3-0.5元/kW不等，我們認(rèn)為這些發(fā)達(dá)城市高端建筑需求旺盛，加上相關(guān)政策支持，有望率先成為BIPV的突破口。

(2)量產(chǎn)效率上臺(tái)階，降本空間可期待。國內(nèi)薄膜電池組件缺乏競(jìng)爭(zhēng)力的核心原因是轉(zhuǎn)化效率較低而成本較高，且關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備受國外壟斷。2018年之前，國內(nèi)碲化鎘薄膜電池代表公司龍焱能源的量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率僅為13%，而FirstSolar及主流晶硅組件已可達(dá)18%以上。近年來，國內(nèi)公司通過加大力度自主研發(fā)以及組件國際化團(tuán)隊(duì)等方式在技術(shù)上取得突破，量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率持續(xù)提升至16%以上，縮小了與領(lǐng)先水平的差距。

以FirstSolar為參考，其產(chǎn)能由75MW提升至1GW以上時(shí)，單位成本由1.23美元/W下降至0.87美元/W，降幅29%;由1.2GW提升至3GW以上時(shí)，單位成本由0.87美元/W下降至0.42美元/W，降幅達(dá)52%;由3.8GW提升6.3GW時(shí)，單位成本下降至0.2美元左右，再次減半。雖然單位成本同樣還受技術(shù)、產(chǎn)品尺寸、原材料等多方面影響，但我們認(rèn)為由規(guī)模帶來的降本空間仍值得期待。

(3)跨產(chǎn)業(yè)深入合作，BIPV進(jìn)入項(xiàng)目落地階段。我們認(rèn)為BIPV或沿著“試點(diǎn)-落地-推廣”的進(jìn)程發(fā)展，過去幾年內(nèi)我們可以看到有國家電投總部大樓智慧能源項(xiàng)目、北京冬奧會(huì)國家速滑館項(xiàng)目等多個(gè)具有代表性的示范項(xiàng)目順利完成，充分說明了薄膜電池組件BIPV的可行性和實(shí)用性。我們認(rèn)為頻繁的戰(zhàn)略合作布局說明了產(chǎn)業(yè)鏈多方合力推動(dòng)BIPV的決心，BIPV項(xiàng)目有望步入實(shí)際性的落地階段。從訂單上，江河集團(tuán)2022年以來合計(jì)公告中標(biāo)超過5億元的光伏幕墻訂單，也進(jìn)一步驗(yàn)證了行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)

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