薄膜电池在中国的前世今生

薄膜电池在中国的前世今生(2010-01-22 20:23:03)标签：薄膜电池薄膜太阳能电池非晶硅杨立友中国杂谈

前言：太阳能薄膜电池早在20世纪70年代就已经出现了。第一次石油危机发生之后，欧、美、日开始发展太阳能技术，很多厂家开始投入生产，如美国BP、科罗拉等公司。当时主流技术是非晶硅太阳能薄膜电池，20世纪80年代时，由于成本较低、价格便宜，太阳能薄膜电池在市场中占的比例相当大，大概占整个市场容量的一半左右。“我国的非晶硅薄膜太阳能电池最早起源于广东省，深圳宇康太阳能有限公司于1988年引进美国Chroma有限公司太阳能生产线，是当时最先进的薄膜电池生产线。1998年，该公司破产后将生产线卖给了深圳拓日新能源科技有限公司。后来哈尔滨一家公司也从美国Chroma引进1MW产能单结非晶硅电池生产线。也就是从那个时候起，中国非晶硅电池产业一直处于稳步发展态势。2000年，以非晶硅电池为重点的硅基薄膜太阳电池研究被列入国家“973”项目，标志着我国非晶硅电池又进入一个新的研究阶段。从2004年天津津能引进了2.5MW双结非晶硅电池后，非晶硅双结电池在我国的发展速度进一步提高。”这是在一次光伏论坛现场，中国可再生能源学会副理事长赵玉文教授提到的。《2008中国新能源产业年度报告》显示，截至2007年底，中国从事薄膜电池生产的企业接近20家，总生产能力达到80MW，产量为28.3MW。目前薄膜电池因其成本低以及弱光性能较好而受到一定的重视，但薄膜电池还面临着一些挑战，如效率低且有衰减，使用寿命较晶硅电池低，市场认知度较低等。此外，薄膜电池产业化技术还在不断完善的过程中，技术更新快，设备不成型，设备初期投资高，因此投资风险较晶硅电池高出很多。国际上，目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。

中国薄膜电池产业发展现状

在金融危机之前，高昂的多晶硅价格制约了光伏产品的应用发展，在这种情况下，不少人对低价的薄膜太阳能电池寄予厚望，认为它将是晶体硅电池最大的竞争对手。但是这场危机冲击得海外市场严重萎缩，导致多晶硅价格暴跌，因此业内又有了“薄膜电池优势不在”的论断。“这些年薄膜电池在太阳能电池领域中一直处于一种非主流位置，主要原因就是效率不高。在发现衰减效应后，当时的非晶硅太阳能薄膜电池变成了一种弱光电池，用于手机、表、计算器等小物品上。我国引进了该技术后发展迅速，挤垮了很多国外企业，现在世界绝大多数的太阳能薄膜弱光电池都在中国生产。”中国科学院电工研究所王文静博士向笔者讲道。

在今年五月份上海的一次会议上，无锡尚德CEO施正荣提出了他的观点：“薄膜太阳能绝对是泡沫，要分析都是谁在炒薄膜概念?这里面有行业领袖和行业专家吗?我自己搞薄膜搞了一辈子，还没有发现一种技术可以让转化率高于7%，何况现在硅原料价格下降这么快，薄膜太阳能并不具备什么竞争力。”不过，笔者又听到了另一种声音，推出全球最大硅基薄膜太阳能电池的新奥光伏表示，“这不是说超过10%转换率就更有竞争力的问题，而是在不同应用领域谁更有优势的问题。薄膜和晶体硅的应用领域有差异，晶体硅的转换效率高，使用面积小，用在屋顶非常有优势。但从客户角度看，他们最关心的还是系统电价，例如建大规模电站的话，薄膜电池就更有优势，因为面积大，系统电价就低。此外，做光电建筑一体化的话，薄膜电池也更有优势。”强生光电也认为“不能以转换率论英雄，价格才是核心。以目前建设1兆瓦光伏电站为例，晶硅组件的电站造价在2800-3000万元，非晶薄膜组件的电站造价只需1500万元。三年中，可使非晶薄膜电站造价降至1000万元人民币，而且非晶薄膜电站年发电量比晶硅电站高出10-15%，每度电的发电成本仅为晶硅的40-45%。”在光伏业内，关于硅基太阳电池与薄膜电池的博弈一直没有停止过，但是我们看到的事实却是：

在技术创新意识和能力突飞猛进的21世纪，低价且有极大工艺改良性的产品永远能吸引投资者的目光。所以，在光伏建筑一体化愈演愈烈的今天，在“中国百万屋顶”、“金太阳工程”政策指引下，薄膜电池将在这一领域拥有绝对的优势。

薄膜电池大规模商用的前提是提高光电转换效率。虽然薄膜电池的技术在几十年间有了突飞猛进的发展，但截至目前，没有一家薄膜太阳能电池公司宣布，转换效率超过10%，一般在6%左右，浙江正泰号称其光电转换效率达到9%，这在行业内已经属于最高。即便如此也只是硅基电池的一半。不过，由于耗电省、造价低，成本优势显现，薄膜电池开始受到青睐。一些多晶硅电池企业，也开始大手笔地引进薄膜电池生产线。更多的企业，直接开始制造薄膜电池，如河北保定的天威英利投资12亿元，从国外引进了46.5兆瓦的薄膜电池生产线，在今年8月28日已经开始量产。总部位于上海的强生光电，也在江苏南通、苏州等地开建薄膜电池示范区。

但是，同国际领先水平相比，我国薄膜电池的研究存在一定的差距。不过，《中国可再生能源发展战略研究》显示这种差距正在逐步缩小，我国在各种薄膜太阳电池的研究中，具有很好的研究基础和发展潜力。“十五”期间，“973计划”和“863计划”中分别把硅基薄膜太阳电池、染料敏化太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池和铜铟镓硒太阳电池作为重大项目进行了立项和研究，并在“十一五”期间继续进行了立项。在“863”重点项目的支持下，四川大学和南开大学正在分别进行300千瓦碲化镉太阳电池和铜铟硒太阳电池的中试生产线研发；在“973”项目的支持下，中国科学院等离子体所和南开大学正在分别进行染料敏化太阳电池和新型高效硅薄膜太阳电池产业化技术研究工作。

“现在国际上发展比较成熟的太阳能薄膜电池包括三种，非晶硅太阳能薄膜电池、碲化镉太阳能电池和铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池，其中应用最普遍的是非晶硅太阳能薄膜电池，我国的很多企业和国外的EPV SOLAR、日本的Kenaka、夏普等都生产此种电池。碲化镉（CdTe）电池的主要生产企业是美国的Fisrt solar，由于其中的镉元素有毒，该企业承诺回收所有废弃电池。CIGS电池由于所含元素多使其生产稳定性难以把握，重复性较差使其进行大规模产业化生产比较困难。所以尽管BP、壳牌公司等已将其光电转换率大幅提高，但产能扩展有限，现在只有少量企业在进行大规模量产”王文静介绍说。

国内薄膜电池企业概述

目前国内共有约三十家左右的薄膜电池生产企业（在建或拟定项目不算在内），其中引进设备的有8-9家，共引进美国、欧洲、日本生产线约10条。这些引进生产线每条产能在40兆瓦左右，平均引进价格1亿美元，最高的一条生产线已花了12亿。另外20多家小型非晶薄膜工厂，规模小、产能低，有的只有一条2.5兆瓦或5兆瓦生产线,设备为仿造80年代美国的早期设备，技术含量低，产品转换率在5%以下，且产品尺寸只有0.77平方米，这些工厂产品大部分以配套园林灯具所需的小电池板为主。现挑选一些重要薄膜太阳能电池企业作简要概述。

1、保定天威：保定天威薄膜光伏有限公司是保定天威保变电气股份有限公司直属子公司。天威薄膜核心技术团队包括微晶硅电池P-I-N结构及N-I-P结构的光电转换效率世界记录保持者麦耀华博士和黄跃龙博士，两位曾就职于欧洲著名的Jülich研究所，该技术涉及生产叠

层电池必需的核心工艺技术。公司投资的第一条46.5MW非晶硅薄膜电池生产线（设备全部采购自瑞士欧瑞康）已于今年8月进入量产，预计稳定转换效率6.5%以上，后续投资4条非晶硅与微晶硅叠层技术生产线于2010年投产，届时稳定转换效率接近10%，规模将达到285MW。9月初，天威薄膜与泰国绿色能源有限公司签署了《东南亚薄膜市场独家合作协议》。双方约定，泰国绿色能源公司将天威薄膜作为其在东南亚薄膜光伏市场长期优选的中国薄膜太阳能组件供应商，为其太阳能发电厂项目合作服务，保证在2009~2011年的三年合作期间，向天威薄膜采购不低于70MW的薄膜电池。

2、新奥光伏：河北新奥光伏能源成立于2008年4月，公司引进全球领先的硅基薄膜电池生产线，一期产能60MW，未来规模将达500MW。在今年SNEC第三届国际太阳能光伏展览会上，新奥光伏正式展出中国首块超大型5.7㎡、转换效率达到8%的双结硅基薄膜太阳能电池板及透光BIPV（光伏建筑一体化）组件并举行了产品揭幕仪式。同样在这次会议上，新奥光伏总经理万克家作了题为《5.7㎡双结硅基薄膜太阳能电池板在新奥光伏生产进程》的报告。新奥光伏能源引进了美国应用材料公司年产能60MW薄膜电池生产线，在设备安装完毕后的五个月内如期实现了产品下线目标。

3、深圳拓日：拓日新能是国内生产规模最大、技术最先进的非晶硅太阳能电池制造商之一，非晶硅太阳能电池生产量、出口量连续四年位居全国第一。2006年圆满完成了国家科技部“十五”攻关计划中唯一的薄膜电池项目——“高效低成本非晶硅太阳能电池制造工艺及产业化技术”，在国内首次利用自主研发设备生产的非晶硅电池稳定效率达到5%以上；公司研发的“整体式非晶硅光伏电池幕墙”获得联合国工业发展组织“全球可再生能源领域最具投资价值的十大领先技术——蓝天奖”。公司公告称将在2013年8月底前，拟投资30亿元建设拓日新能（乐山）光伏产业园，目前共建有40MW的薄膜电池生产线。

4、深圳创益：深圳创益科技创建于1993年，于去年底获得英特尔2000万美元的注资。据其创益公司网站上介绍，创益科技的产品除了主要采用导电玻璃和硅化气沉淀的技术来生产强光、弱光非晶硅薄膜电池外，还提供建筑光伏一体化发电系统、太阳能路灯解决方案、太阳能增氧机以及太阳能电站解决方案。1993年起家做太阳能电池的创益科技，最初给手表、计算器等做太阳能电池。不过，据投资方介绍，目前创益科技已经转向建筑外墙的大面积薄膜电池。

5、浙江正泰：浙江正泰太阳能科技有限公司成立于2006年，最初的投资是3000万美元。截至目前在薄膜电池项目上的累计投资已近20亿元，试投产的20兆瓦生产线，是国内首条非晶/微晶薄膜电池生产线。公司总经理杨立友，师从著名物理学家李政道的博士研究生曾在美国太阳能行业从事过20多年的科学研究。而技术正是杨立友的优势，曾以他为主发明的纳米硅隧道结技术，是BP Solar公司多结非晶硅电池生产线（是1997年建成的世界第一条10兆瓦生产线）的核心技术之一，从而使正泰大面积薄膜电池组件的稳定效率首次达到9%。设备采用自欧瑞康。杨立友曾说过，正泰产品量产后，成本可以保持在0.7元/W左右。在今年上半年，浙江正泰太阳能科技有限公司在杭州与赛伯乐成长基金及上海联合投资举行签约仪式，成功募集到5000万美元的PE（私募股权）投资，预计到明年，正泰薄膜电池产能将达到240MW。

6、福建均石能源：提起国内薄膜电池厂家，不能不提福建均石能源，在今年5月中国国电集团进军青海，建设大规模并网发电项目的幕后推手就是均石能源。但是，均石能源又太过

神秘，在笔者想方设法采访企业的时候，都被告知“公司内部有规定，回避所有媒体”。而利用各种搜索引擎发现，这家美商独资的外资企业除了广发招聘信息外，没有进一步公开的企业信息。青海省主管工业的副省长骆玉林在一次会议上透露，钧石能源是第一个深入青海，激发当地大力发展太阳能光伏并网发电产业的推动者。事实上，在发动青海攻势之前，钧石能源还在北京力克京东方，拿下了总投资额9.5亿元的北京首个非晶硅薄膜太阳能电池项目。钧石能源在2007年从南开大学光电子薄膜器件与技术研究所获得了“非晶硅/微晶硅叠层太阳电池”关键技术，该技术由南开大学光电子所耿新华、赵颖教授领导的课题组开发完成。并获IDGVC等近1亿美元首轮风险投资。福建钧石能源有限公司是2008年2月正式在泉州成立的外商独资企业。但事实上，其法人代表林朝晖，从上世纪90年代开始，便开始涉足太阳能应用产品领域。其更早成立的泉州鲤城金太阳灯饰有限公司，系国内知名太阳能灯具生产商，产品远销世界各国。有知情人士透露，钧石能源是林朝晖涉足非晶硅薄膜太阳能电池项目后，重新注册的新公司。资料显示，钧石能源在泉州的项目，主要是建设26条非晶硅薄膜太阳能电池生产线，年产非晶硅薄膜太阳能电池板130兆瓦。而钧石的目标，是“力争成为世界上最大的太阳能薄膜电池生产企业之一”。

7、天津津能：2008年津能非晶硅薄膜太阳电池的生产能力已达25MW，计划于三年内实现120MW的非晶硅太阳电池的生产规模。产品主要采用采用单室大容量、双结非晶硅薄膜太阳电池制造技术。津能主要产品为：玻璃衬底薄膜电池组件、柔性薄膜电池（此为2007年与美国联合太阳能公司共同投资建设年产25兆瓦柔性非晶硅薄膜太阳能电池项目）。

8、南通强生光电：强生光电隶属于江苏南通强生轻工集团，2008年强生光电上马了第一条生产线，创造了单线产能、电池转换效率、设备投入产出比和批量投产时间四项全国第一，紧接着又快马加鞭，上了3条生产线，产能达到130兆瓦。强生光电目前正与美国著名真空设备制造企业合作，共享生产实践和一手数据，不断地对设备进行深度研发和及时升级。从目前整条生产线的设备投入方面来看，为尽快实现薄膜电池装备的国产化，强生光电也已与美国公司在苏州吴江建立合资企业，生产薄膜电池三大核心装备，即PECVD反应炉、真空溅射生产线和TCO导电玻璃生产线。在上海松江建立了输送线、叠合机、清洗机、磨边机等其他配套机械的生产工厂。通过在中国制造非晶薄膜全套生产设备，强生光电生产线的投入仅为那些全套引进设备的生产厂家的20%，并争取将这个数字控制在10%-15%之间，也就意味着35兆瓦整线投资不超过1000万美元，产品折旧费控制在每瓦0.05美元左右。而且正在计划自已制造TCO设备、自行生产TCO玻璃，这样可使原料成本降低40%以上。强生光电有望在2010年底产能达到500兆瓦，成为中国最大的非晶硅薄膜电池生产基地，目前强生光电薄膜电池转换效率已达到6.5%。

9、蚌埠普乐新能源：2006年4月，半导体行业出身的孙嵩泉博士和合作伙伴陈良范博士，从美国硅谷来到蚌埠经济开发区，创办了专门生产薄膜太阳能电池的普乐新能源有限公司。1年后，普乐的第一条6MW非晶硅电池生产线顺利投产。普乐新能源由美国普乐光电技术有限公司、蚌埠市建设投资有限公司、安徽亚盛科技有限责任公司、成都创业投资管理有限公司共同出资设立，目前普乐新能源年产25兆瓦生产线全面投入生产，年产75兆瓦非晶/微晶硅薄膜太阳能光伏电池项目正在建设中，将于今年底完工。公司目标为2010年非晶/微晶硅薄膜太阳能电池生产能力达到100兆瓦，到2012年生产能力将达到200兆瓦。

10、苏州百世德：2008年2月，江苏百世德太阳能科技有限公司破土动工，该公司由赛维LDK董事长彭小峰自己和家族成员共同投资，与赛维并无投资控股关系。彭小峰夫人亲自

坐镇百世德，担任法人代表，并从美国、台湾地区高薪聘请了大批半导体专家，华虹NEC 前总裁方朋担任CEO。江苏百世德太阳能高科技有限公司，计划分阶段达到总产能为1GW 的薄膜太阳能电池组件设计产能，通过与全球顶尖太阳能设备供应商Applied Materials以及其他主要设备供应商的紧密合作，百世德将应用成熟的微晶硅薄模技术生产面积为 5.7m2的薄膜太阳能电池组件，起初将达到8.5%的稳定转换率，随后将不断提高至10-12%。目前公司一期130兆瓦薄膜电池生产线或将于年底试生产，另外，于今年6月中旬，由中广核能源开发有限责任公司、江苏百世德太阳能高科技有限公司和比利时Enfinity公司组建的“联合体”以1.0928元/度的价格中标敦煌10兆瓦光伏并网发电项目。

11、无锡尚德：2007年12月28日，占地近200亩，投资总额3亿美元，首期建设第一条60兆瓦硅薄膜电池生产线的尚德（上海）硅薄膜太阳电池研发及生产项目在上海漕河泾开发区浦江高科技园区的三鲁河畔举行开工仪式。历时近两年的工程，于今年7月初，尚德上海工厂第一片5.72平米薄膜太阳能组件终于成功下线。公司预计到2010年将形成400MW 的生产能力，设备主要采购自美国应用材料。

12、河南阿格斯：河南阿格斯新能源有限公司25MW非晶硅薄膜太阳能电池项目于2008年11月破土动工，今年8月中旬正式投产。阿格斯新能源总设计规模500MW，用地318亩，一期仅设备投资就达7300万元人民币。河南阿格斯新能源有限公司的首席执行官赵一辉是河南新郑人，获得美国亚产桑那州立大学电子工程学博士学位。因在光电材料制备和特性研究方面的卓越贡献，成为国际IEEE（国际电器与电子工程最具影响力的学术团体）协会的终身会员。回国创业前任美国阿格斯太阳能有限公司首席执行官。

我国薄膜太阳能电池生产设备现状

与晶体硅电池生产相比，薄膜电池生产制造广泛使用真空镀膜等技术，更似半导体行业，因此技术水平高低直接影响产品良率，间接影响到企业的盈利能力。此外，由于薄膜电池技术发展时间较短，并未形成通用技术和通用设备，目前提供大尺寸薄膜电池设备交钥匙工程的主要是美国的应用材料公司(AMA T)、瑞士的Oerlikon以及日本的ULV AC等几家。设备折旧是薄膜电池的主要成本之一，根据目前市场报价，同容量薄膜电池生产线的价格是晶硅的6-10倍，而在主要原材料供应方面，目前均为国际巨头垄断，价格高且无保障。

另外，在采访中了解到，薄膜电池的主要原材料包括玻璃(导电玻璃及其他玻璃)、EV A、靶材以及气体。薄膜电池对导电玻璃要求较高，目前国内厂商实力较弱，市场主要由日本NSG 和美国AFG瓜分。随着国内薄膜产量的爆发，很有可能出现供应紧张的格局。靶材目前的国内供应仍被国际大厂把持，德国贺利氏是全球最大的供应商，在国内市场占有率超过60%。另外，国内目前没有企业生产硅烷，而主要国际大厂扩产有限，加之LCD等需求量居高不下，硅烷供应仍偏紧张，价格维持高位并不排除继续上涨的可能。

由于硅薄膜太阳能电池的生产设备和工艺是一体的，制造设备必须在研究材料和工艺的基础上才能实现，而制造商的研究投入要求回报，从而导致硅薄膜太阳能电池设备昂贵，其生产设备的价格比晶硅太阳能电池生产设备贵3倍以上，以25MWp的非晶硅太阳能电池生产线为例，设备投资额7000万～9000万美元，其设备费用约占薄膜太阳能电池制造成本的20%～30%。自2004年以来，薄膜太阳能电池发展十分迅速，同时，为改变其转换率较低的缺点，一些大型的半导体设备制造商都投入大量的人力和物力进行研究。薄膜电池行业的

大量工艺涉及真空镀膜技术，镀膜技术水平、沉积速率直接影响产品良率和生产效率，间接影响到赢利能力。

目前在国内能提供完整生产线的生产型企业有东莞宏威数码、上海曙海太阳能、北京北仪创新真空技术有限公司等几家公司。北方微电子、沈阳科学仪器、苏州思博露等企业则能提供覆膜沉积设备；北京德雷射科、深圳大族激光、武汉三工、珠海粤茂等企业能提供激光划线、刻蚀等设备。另外，苏州德龙激光有限公司成功开发出面向大幅面(30MW)薄膜太阳能电池的激光刻蚀设备以及激光去边设备，成为国内第一家向大幅面薄膜太阳能电池生产厂商提供激光加工设备的公司。至今为止已成功交付使用6台刻蚀设备。而像强生光电、普乐新能源等企业则自已研发相关设备供自己使用。

宏威集团创立于2000年，为一家致力提供先进生产设备和工艺技术的全球性供应商，总部设在香港。宏威集团于发展初期进军光盘生产设备行业，并在空白光碟设备市场不断发展强大。宏威在自动化系统和工艺工程上，拥有雄厚的专业技术力量,结合其薄膜和真空镀膜等核心技术，将集团业务扩展至光伏等产业，能自主研发生产大面积、高产能、全自动非晶硅薄膜整套生产系统的企业，在河南安阳参与投资的河南新能光伏有限公司已于9月初成功试产第一片非晶硅薄膜电池。

在今年的SNEC第三届太阳能光伏会议现场，上海曙海太阳能有限公司CTO奚建平作了题为《双星-3000 30MW非晶硅薄膜光伏组件生产线》的报告，把曙海太阳能薄膜设备推到了产业前台。标志着我国在光伏产业高端半导体薄膜核心设备与工艺经历了引进，消化吸收，仿制与改进等阶段以后，已经开始进入全面自主创新阶段。该设备采用非晶硅薄膜单结光伏电池生产技术，光电转换效率≥6%，生产成本在8.36元/W。其核心设备：新一代等离子强化型化学气相沉积(PECVD)系统拥有完全自主知识产权，在多基板-致密沉积类别的设备家族中，解决了射频不稳定和高温操作等弊端，占据了光伏设备技术的世界领先地位。预计到2013年实现设备销售总额600MW。

北京北仪创新公司是拥有50余年真空镀膜设备的研发和生产过程丰富经验的专业企业。同时也是最早与多所科研院校合作，成功进行多项非晶硅薄膜太阳能电池试验设备制造的企业。公司通过对“在高真空环境下进行的大面积磁控溅射”和“多片化学气相沉积(PECVD)”两项关键技术的产业化研究，2006年率先自主研发出我国首条非晶硅薄膜太阳能电池生产线成套技术和设备，是国内唯一实现销售收入的设备制造厂家，目前已为3家用户提供了总计20MW的成套生产线设备。北仪创新公司生产的非晶硅太阳能电池生产线覆盖整个非晶硅太阳能电池生产过程所需的设备及工艺，从采购的TCO(透明导电膜)玻璃一直到封装完好的非晶硅电池，整个项目为交钥匙工程。整条生产线主要包括：玻璃磨边、玻璃清洗、玻璃钻孔、预热炉、冷却炉、老化炉、PECVD设备、PVD设备、激光刻膜设备、封装层压设备、电池I-V检测设备等。