薄膜光伏技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展遠(yuǎn)景

薄膜光伏技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展遠(yuǎn)景

僅在數(shù)年以前，薄膜光伏（Thin Film Photovoltaics，以下簡(jiǎn)稱TF PV）技術(shù)在光伏產(chǎn)業(yè)中還只能用“微不足道”來(lái)形容，只是在諸如計(jì)算器這樣一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品中得到應(yīng)用。除非晶硅外，一些TF PV材料還只是剛剛走出實(shí)驗(yàn)室。多用表| 驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測(cè)試器| 電力計(jì)| 電力測(cè)量?jī)x| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)|

但在今天，TF PV已經(jīng)是PV技術(shù)中最刺眼的一員，其生產(chǎn)份額不斷擴(kuò)張。起初，這一市場(chǎng)是由于晶硅的短缺而得以發(fā)展，但如今短缺現(xiàn)象已經(jīng)結(jié)束，TF PV則以其低本錢、低重量和靈活性而繼續(xù)發(fā)展。而且，除了非晶硅外，銅銦鎵硒（CIGS）具有TF PV的所有優(yōu)點(diǎn)，能量轉(zhuǎn)換效率也并不遠(yuǎn)遜于傳統(tǒng)PV，碲化鎘太陽(yáng)能面板已經(jīng)出現(xiàn)了繁榮局面。根據(jù)美國(guó)NanoMarkets公司2008年3月發(fā)布的白皮書《走向成功的薄膜光伏》及之前出版的《薄膜、有機(jī)、可印刷光伏市場(chǎng)：2007-2015》研究報(bào)告中的猜測(cè)，由于采用簡(jiǎn)單印刷和roll-to-roll（R2R）制造工藝降低了本錢，新產(chǎn)能的增加，以及通過(guò)技術(shù)改進(jìn)進(jìn)步了效率，這些都將使得薄膜光伏成為PV市場(chǎng)的主要角色，TF PV太陽(yáng)電池將取代目前市場(chǎng)上由傳統(tǒng)的晶硅制造的PV面板而成為主流技術(shù)。

1.市場(chǎng)遠(yuǎn)景

根據(jù)猜測(cè)，TF PV市場(chǎng)將由2007年的10億美元增加到2008年的16億美元，在2010和2015年則將分別攀升到34億美元和72億美元。2005年TF PV占整個(gè)PV市場(chǎng)的份額還不到5%，但到2015年有看上升到約50%。較傳統(tǒng)PV技術(shù)，TF PV將通過(guò)在很多應(yīng)用中提供更有本錢競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案往搶占市場(chǎng)，并憑藉其獨(dú)占的特性（重量輕、靈活性、易于嵌進(jìn)其他材料）開發(fā)出新的應(yīng)用。

傳統(tǒng)PV的最大弱點(diǎn)是高昂的電池制造本錢。PV面板是以晶硅為原料，通過(guò)昂貴的步進(jìn)重復(fù)批處理工藝制造。薄膜技術(shù)可以解決類似題目并開發(fā)太陽(yáng)能的新應(yīng)用。但TF PV的發(fā)展道路也并非一片陽(yáng)光，這項(xiàng)技術(shù)還將面臨諸多挑戰(zhàn)，例如，近來(lái)晶硅原料的短缺由于替換材料的興起而開始緩解，這樣就消除了TF PV需求增長(zhǎng)的一個(gè)主要?jiǎng)恿Α?BR>
2.本錢/性能

TF PV技術(shù)所涉及的材料主要包括非晶硅（α-Si）、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、銅銦硒（CIS）以及有機(jī)和有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料，每種材料都各有利弊。下表列出了主要TF PV材料及其利用狀況。

表1 PV材料及利用狀況

能源價(jià)格的波動(dòng)對(duì)向替換能源技術(shù)的轉(zhuǎn)移起著重要的推動(dòng)作用。太陽(yáng)能因其取之不盡、用之不竭的特性對(duì)人類有著巨大的吸引力，但傳統(tǒng)的PV有其弱點(diǎn)：面板較重，生產(chǎn)本錢高，不夠靈活，而且硅原料的供給不穩(wěn)定。因此，PV大多只能針對(duì)相對(duì)狹窄的市場(chǎng)或其應(yīng)用必須具備特定的條件，例如可以獲得補(bǔ)貼或其他電力來(lái)源匱乏的地方。

薄膜技術(shù)的機(jī)遇倚賴于減少這些制約因素的影響以及擴(kuò)大PV可發(fā)生作用的市場(chǎng)。盡管這是大勢(shì)所趨，但直到最近，較低的效率和技術(shù)上的不夠成熟仍妨礙著TF PV及時(shí)捕捉這一機(jī)遇。

3.發(fā)展態(tài)勢(shì)

隨著近年來(lái)能源價(jià)格如火箭般上竄，加之PV價(jià)格的滑落，PV領(lǐng)域的成長(zhǎng)非常明顯，有些觀察家聲稱PV終極可滿足美國(guó)能源需求達(dá)20%之多。

與傳統(tǒng)PV比較，TF PV因用于制造薄膜電池的材料較少，因而本錢更為低廉。TF PV的制造是將由光電材料構(gòu)成的薄層沉積于襯底，這就大大減少了原料的使用。新生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)，包括roll-to-roll和印刷技術(shù)，又可以進(jìn)一步降低本錢。

性能方面，在不久的將來(lái)薄膜技術(shù)效率的明顯進(jìn)步已成為大勢(shì)所趨。例如，CIS/CIGS的效率已經(jīng)可以和傳統(tǒng)PV相提并論。但盡管已取得某些進(jìn)展，薄膜技術(shù)和傳統(tǒng)PV的效率之間仍存在一定差距，且在某些情況下差異明顯。其結(jié)果是：TF PV必須與傳統(tǒng)PV在本錢基礎(chǔ)上競(jìng)爭(zhēng)，或者TF PV需要在性能基礎(chǔ)上創(chuàng)造出新的應(yīng)用。

4. 市場(chǎng)開拓

根據(jù)對(duì)2007-2015年的猜測(cè)，TF PV涵蓋的所有應(yīng)用都將取得強(qiáng)勁增長(zhǎng)。在本錢和重量成為關(guān)鍵因素而轉(zhuǎn)換效率并不占優(yōu)先地位的市場(chǎng)，TF PV具有最大的競(jìng)爭(zhēng)上風(fēng)。增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域很可能是在受TF PV價(jià)格上風(fēng)驅(qū)動(dòng)的消費(fèi)電子和住宅市場(chǎng)。表2列舉了TF PV可獲得突破的機(jī)遇所在。

表2 TF PV的機(jī)遇

從市場(chǎng)價(jià)值來(lái)看，貿(mào)易和產(chǎn)業(yè)建筑應(yīng)用將占2008年TF PV需求的50%左右，其他則來(lái)自于大型項(xiàng)目和公用事業(yè)。到2015年，對(duì)TF PV的需求將擴(kuò)大到更為廣泛的應(yīng)用。其中住宅約占15%，比2008年增長(zhǎng)9個(gè)百分點(diǎn)；消費(fèi)電子應(yīng)用將得到更大的需求份額，到2015年達(dá)到近8%，比2008年增長(zhǎng)3.2%。對(duì)于大型項(xiàng)目甚至是集中式發(fā)電，TF PV由于重量輕以及低本錢等因素而有看在屋頂獲得廣泛應(yīng)用。

TF PV最大的機(jī)遇是在建筑應(yīng)用，其中包括了貿(mào)易、產(chǎn)業(yè)和住宅市場(chǎng)。由于薄膜技術(shù)固有的靈活性，TF PV能夠以多種方式嵌進(jìn)屋頂和墻壁。將PV集成到建筑材料有著極大的降低本錢的潛力。例如，可以采用in-line工藝將TF PV嵌進(jìn)屋頂材料，從而抵消傳統(tǒng)安裝PV的安裝本錢。已有幾家TF PV制造商正在開發(fā)這類產(chǎn)品，對(duì)他們來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常有遠(yuǎn)景的市場(chǎng)，可以做到“勝者通吃”。那些大型項(xiàng)目盡管裝機(jī)數(shù)目巨大，卻缺乏這一特點(diǎn)。

對(duì)將TF PV集成到屋頂材料的一個(gè)擔(dān)憂是這些材料能否滿足屋頂市場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)壽命的要求。對(duì)屋頂材料來(lái)說(shuō)，保證幾十年的壽命是很普通的要求，但現(xiàn)在的TF PV產(chǎn)品能否做到還有待于實(shí)際驗(yàn)證。
嵌進(jìn)式PV的另一個(gè)新興應(yīng)用是PV智能窗戶，它沒(méi)有這類題目。在這個(gè)應(yīng)用中PV電池并不僅僅是本錢低，而且為窗戶增加了新的功能。TF PV起到了光傳感器的作用，可以調(diào)節(jié)窗戶的透明度。這個(gè)應(yīng)用需要有透明PV，因此最適合采用有機(jī)PV材料。盡管還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)貿(mào)易化，采用有機(jī)和有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料的TF PV將有潛力實(shí)現(xiàn)非常低的發(fā)電本錢，這足以使PV進(jìn)進(jìn)全新的市場(chǎng)。對(duì)這類PV的需求預(yù)計(jì)將從2008年的100萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2015年的3.72億美元。

盡管未來(lái)8年中TF PV在消費(fèi)電子領(lǐng)域也將繼續(xù)增長(zhǎng)，并為很多新型產(chǎn)品所采用，但這還并不是一個(gè)具有巨大價(jià)值的市場(chǎng)。TF PV已經(jīng)或?qū)��?yīng)用于一些相對(duì)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，如耳機(jī)、收音機(jī)、溫度計(jì)、天平、除臭器、腕表、時(shí)鐘、秒表、LED照明燈、感應(yīng)燈、遠(yuǎn)控器、檢測(cè)器、電池充電器、教具、風(fēng)扇等等。一個(gè)具有更大潛力的市場(chǎng)是手機(jī)和筆記本電腦，TF PV可有助于解決這些產(chǎn)品的電力題目。TF PV可以嵌進(jìn)到電池中，在下次充電之前起到延長(zhǎng)使用時(shí)間的作用，這類似于建筑材料集成TF PV應(yīng)用的規(guī)�？s小版。這個(gè)應(yīng)用起初的目的是增強(qiáng)現(xiàn)有鋰離子電池的電力，長(zhǎng)期目標(biāo)則是取代這類電池。但存在的題目是這些面向手機(jī)市場(chǎng)的PV陣列的體積必須非常小，這樣可能使得這部分市場(chǎng)PV電池的出貨量終極會(huì)很低。

作為最成熟的薄膜技術(shù)，2008年非晶硅將占所有TF PV應(yīng)用的大部分。待其他材料技術(shù)成熟后，這一現(xiàn)象很可能發(fā)生變化。碲化鎘和CIS/CIG將占總PV能量輸出的近45%（按裝機(jī)容量）。作為最有遠(yuǎn)景的技術(shù)之一，到2015年，有機(jī)和有機(jī)-無(wú)機(jī)混合TF PV將占整個(gè)PV產(chǎn)業(yè)相對(duì)較小的一部分（按市場(chǎng)價(jià)值），但可能與目前整個(gè)TF PV市場(chǎng)規(guī)模相仿（按裝機(jī)容量）。除本錢外，有機(jī)PV將有相對(duì)較好的室內(nèi)性能，且襯底選擇上較為靈活。對(duì)這類PV的需求有看從2008年的100萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2015年的3.72億美元。

5. 風(fēng)險(xiǎn)衡量

最主要的風(fēng)險(xiǎn)是推動(dòng)TF PV需求增長(zhǎng)的某些因素將不再存在。如前面所提到的，推動(dòng)薄膜技術(shù)發(fā)展的最初因素—— 硅原料的短缺現(xiàn)象正在迅速消失。但由于TF PV的優(yōu)點(diǎn)較多，對(duì)其造成的影響可能不會(huì)太大。此外，替換能源高潮的結(jié)束有可能影響對(duì)PV的需求，結(jié)果會(huì)造成市場(chǎng)增長(zhǎng)率的下降。

薄膜技術(shù)也存在著效率不能如預(yù)計(jì)的那樣得到進(jìn)步的風(fēng)險(xiǎn)。這些擔(dān)憂是實(shí)實(shí)在在的，但主要受到影響的是一些新型材料，如有機(jī)和有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料。在TF PV創(chuàng)造新產(chǎn)品的同時(shí)，這些產(chǎn)品的引進(jìn)也會(huì)伴隨著其固有的高風(fēng)險(xiǎn)。

盡管對(duì)PV，特別是TF PV存在這些風(fēng)險(xiǎn)，但未來(lái)8年內(nèi)這一產(chǎn)業(yè)的明顯成長(zhǎng)是很有可能的。