新型太阳能电池22页wordWord格式.docx

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由于铜铟镓硒薄膜太阳电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构，因此，其工艺和制备条件的要求极为苛刻，产业化进程十分缓慢。

铜铟镓硒电池片CIGS-市中能源

仅在数年以前，薄膜光伏（ThinFilmPhotovoltaics，以下简称TFPV）技术在光伏产业中还只能用“微不足道”来形容，只是在诸如计算器这样一些简单的产品中得到应用。

除非晶硅外，一些TFPV材料还只是刚刚走出实验室。

但在今天，TFPV已经是PV技术中最耀眼的一员，其生产份额不断扩张。

起初，这一市场是由于晶硅的短缺而得以发展，但如今短缺现象已经结束，TFPV则以其低成本、低重量和灵活性而继续发展。

而且，除了非晶硅外，铜铟镓硒（CIGS）具有TFPV的所有优点，能量转换效率也并不远逊于传统PV，碲化镉太阳能面板已经出现了繁荣局面。

根据美国NanoMarkets公司2019年3月发布的白皮书《走向成功的薄膜光伏》及之前出版的《薄膜、有机、可印刷光伏市场：

2019-2019》研究报告中的预测，由于采用简单印刷和roll-to-roll（R2R）制造工艺降低了成本，新产能的增加，以及通过技术改进提高了效率，这些都将使得薄膜光伏成为PV市场的主要角色，TFPV太阳电池将取代目前市场上由传统的晶硅制造的PV面板而成为主流技术。

产业的发展

CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳电池转换效率，成本却是其1/3。

正是因为其性能优异被国际上称为下一代的廉价太阳电池，无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上具有广阔的市场前景。

CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，具有低成本和高稳定性的优势，并且产业化瓶颈已经突破，在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。

目前全球有30多家公司置身于CIGS产业，但真正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell，美国的GlobalSolarEnergy，日本的Honda（本田）、ShowaSolarShell。

2019年、2019年世界CIGS电池组件产能分别为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占据的份额很小。

中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区，南开大学以国家“十五”“863”计划为依托，建设0.3MW中试线，现已制备出30cm×

30cm效率为7%的集成组件样品。

2019年2月，山东孚日光伏科技有限公司宣布与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGSSe（铜铟镓硫硒化合物）商业化生产线。

当前全球大环境景气不佳，传统硅晶太阳能电池厂正面临售价跌破成本压力，但薄膜太阳能电池具成本优势，逐步崭露头角。

全球经济衰退意味着投资风险的加大，而中外风投却在这时不惧风险，集体逆市投资太阳能薄膜电池。

薄膜电池已成为国内光伏领域新的投资热点。

其中CIGS转换效率足以媲美传统太阳能电池，加上稳定性和转换效率都已相当优异，被视为是相当具有潜力的薄膜太阳能电池种类。

未来几年，CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池的销售将会加速增长，到2019年，CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%。

3、市场前景

根据预测，TFPV市场将由2019年的10亿美元增加到2019年的16亿美元，在2019和2019年则将分别攀升到34亿美元和72亿美元。

2019年TFPV占整个PV市场的份额还不到5%，但到2019年有望上升到约50%。

较传统PV技术，TFPV将通过在很多应用中提供更有成本竞争力的解决方案去抢占市场，并凭藉其独有的特性（重量轻、灵活性、易于嵌入其他材料）开发出新的应用。

传统PV的最大弱点是高昂的电池制造成本。

PV面板是以晶硅为原料，通过昂贵的步进重复批处理工艺制造。

薄膜技术可以解决类似问题并开发太阳能的新应用。

但TFPV的发展道路也并非一片阳光，这项技术还将面临诸多挑战，例如，近来晶硅原料的短缺由于替代材料的兴起而开始缓解，这样就消除了TFPV需求增长的一个主要动力。

4、成本/性能

TFPV技术所涉及的材料主要包括非晶硅（α-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟硒（CIS）以及有机和有机-无机混合材料，每种材料都各有利弊。

下表列出了主要TFPV材料及其利用状况。

材料

效率（%）

利用状况

镓硒/磷化铟/锗混合材料

35

仅实验室

镓硒

25

除某些空间利用外尚未广泛应用

磷化铟

22

晶硅

PV市场中最常用的材料

多晶硅

20

广泛应用

铜铟镓硒

TFPV市场中份额正在增长

碲化镉

17

TFPV场中增长迅速，但大多来自一家公司

非晶硅

10

TFPV中最为常见

有机材料

4-8

尚未应用，但有几家公司正积极尝试商业化

能源价格的波动对向替代能源技术的转移起着重要的推动作用。

太阳能因其取之不尽、用之不竭的特性对人类有着巨大的吸引力，但传统的PV有其弱点：

面板较重，生产成本高，不够灵活，而且硅原料的供应不稳定。

因此，PV大多只能针对相对狭窄的市场或其应用必须具备特定的条件，例如可以获得补贴或其他电力来源匮乏的地方。

薄膜技术的机遇倚赖于减少这些制约因素的影响以及扩大PV可发生作用的市场。

尽管这是大势所趋，但直到最近，较低的效率和技术上的不够成熟仍妨碍着TFPV及时捕捉这一机遇。

5、发展态势

随着近年来能源价格如火箭般上窜，加之PV价格的滑落，PV领域的成长非常显著，有些观察家声称PV最终可满足美国能源需求达20%之多。

与传统PV比较，TFPV因用于制造薄膜电池的材料较少，因而成本更为低廉。

TFPV的制造是将由光电材料构成的薄层沉积于衬底，这就大大减少了原料的使用。

新生产工艺的出现，包括roll-to-roll和印刷技术，又可以进一步降低成本。

性能方面，在不久的将来薄膜技术效率的显著提高已成为大势所趋。

例如，CIS/CIGS的效率已经可以和传统PV相提并论。

但尽管已取得某些进展，薄膜技术和传统PV的效率之间仍存在一定差距，且在某些情况下差异明显。

其结果是：

TFPV必须与传统PV在成本基础上竞争，或者TFPV需要在性能基础上创造出新的应用。

学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。

第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS（CIS中掺入Ga）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。

CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强等优势，光电转换效率在各种薄膜太阳能电池中也名列前茅，已接近于晶体硅太阳能电池的转换效率，成本却是其1/3。

正是因为性能优异，CIGS电池被国际上称为下一代的廉价太阳能电池，无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上都具有广阔的市场前景。

在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。

目前全球已有几十家公司置身于CIGS产业，但真正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell，美国的GlobalSolarEnergy，日本的Honda（本田）、ShowaSolarShell等。

综合来看，全球CIGS太阳能电池组件的产能快速扩张。

2019年全球CIGS电池的产量在40MW左右，2009年则是更进一步，产能超过660MW，实际产量也达到180MW左右，增幅超过300%。

进入2019年以来，CIGS电池领域的研发成果接近涌现，技术水平不断提升，显示了良好的发展势头。

中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区，南开大学以国家“十五”863计划为依托，建设0.3MW中试线，已制备出30cm×

2019年山东孚日光伏科技有限公司与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGSSe（铜铟镓硫硒化合物）商业化生产线，并在2019年顺利进入联动运行测试阶段。

青岛昌盛日电建设的大规模量产CIGS薄膜太阳能电池示范线也在2019年上半年建成投产。

虽然在未来五年内，多晶硅类仍然会占据全球太阳能电池市场的大部分份额，但在多晶硅类太阳能电池成本压力越来越大之时，以CIGS类为代表的第三代太阳能电池已经表现出良好的发展势头，增幅甚至已经大大超过多晶硅太阳能电池。

目前薄膜电池已成为国内光伏领域新的投资热点。

CIGS电池的转换效率足以媲美传统太阳能电池，加上稳定性和转换效率都已相当优异，被视为是相当具有潜力的薄膜太阳能电池种类。

未来几年，CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能的销售将会加速增长。

中投顾问发布的《2019-2019年中国铜铟镓硒薄膜太阳能电池市场投资分析及前景预测报告》共六章。

首先介绍了铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池的相关概念等，接着分析了国际国内薄膜太阳能电池和CIGS薄膜太阳能电池的发展现状。

随后，报告对CIGS薄膜太阳能电池市场做了技术研发分析和重点企业经营状况分析，最后分析了CIGS薄膜太阳能电池的投资潜力与未来前景。

您若想对铜铟镓硒薄膜太阳能电池市场有个系统的了解或者想投资CIGS薄膜太阳能电池研发制造，本报告是您不可或缺的重要工具。

术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。

CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳电池转换效率，成本却是其1/3。

CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，具有低成本和高稳定性的优势，并且产业化瓶颈已经突破，在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。

中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区，南开大学以国家“十五”“863”计划为依托，建设0.3MW中试线，现已制备出30cm×

当前全球大环境景气不佳，传统硅晶太阳能电池厂正面临售价跌破成本压力，但薄膜太阳能电池具成本优势，逐步崭露头角。

　铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，是备受人们关注的一种新型光伏电池产品，经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高的，目前，美国国家可再生能源实验室在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高效率达19.9%的电池。

2009年全球CIGS薄膜太阳能电池产能超过660MW，实际产量达到180MW，年增幅超过300%，远高于行业内的增长速度，显示了极强的发展势头，近期，CIGS小面积电池效率又创造了新的记录，达到了20.1%，与主流产品多晶硅的效率相差无几，尽管如此，CIGS薄膜电池的研究并未终止，人们还在提高效率、降低成本、改进产业化技术的方向上探索前进。

CIGS薄膜电池对高效电池的最大贡献莫过于对吸收层CIGS材料的成膜机理、导电机制等基础物理问题的科学认识和器件结构中各层薄膜的合理组合。

我国南开大学、内蒙古大学、云南师范大学、地质大学等单位于20世纪80年代中期开展了CIGS薄膜材料和太阳能电池的研究，但是由于技术条件等等原因，进展缓慢。

直至2019年南开大学获得国家“863”能源技术领域的后续能源技术项目支持，才使得国内对于CIGS薄膜太阳能电池的研究达到一定国际水平。

现阶段CIGS薄膜太阳能电池产业化的真空制备方法主要有两种，即共蒸发法和溅射后硒化法，但该两种方法各有其难点，共蒸法的主要问题在于要在一个真空腔体内安装三个蒸发温度都超过1000℃的金属线性蒸发源，并且温度独立可控不受其他热源影响，尤其是铜元素，蒸发温度高达1300℃，而且蒸发时易溅散，极难控制。

另蒸发时衬底处于加热500℃以上的环境下，而硒元素源蒸发温度只有200℃，要控制其不受高温影响具有极强的挑战性。

而后硒化法的后硒化过程一般在高温非真空的条件下实现，其稳定性，可靠性和重复性一直是公认的难点，同时后硒化使用剧毒气体也是难以解决的问题。

虽然有着上述结构、材料和工艺的复杂性，CIGS光伏组件产业化和商业化的进程相对比较缓慢，但是电池优异的光电特性始终是各国科学家们不懈努力追求的目标，激励科学家们在光电材料和器件物理方面不断取得新的突破，使得CIGS光伏组件与其他薄膜电池同步发展、同步提高，这是CIGS薄膜电池产业化、商业化的基础前提。

　　目前，国际上CISG薄膜太阳能电池的产业化、商业化进行已经开始，如日本的ShowaShell公司的小组件（300×

300mm）效率已经达到15.2%，只比小面积电池世界纪录地4.7个百分点，该公司2019年得产能就达到了80MW。

我们可以预计，一个CIGS光伏产业的辉煌时代即将到来。

关于光伏电池未来的发展趋势:

我们认为,薄膜涂层电池由于低成本特点,转换效率不断提升,未来市场份额势必会明显增长,薄膜电池行业增速将继续高于晶硅电池行业增速。

而从市场预测情况来看,三种主要薄膜电池（非晶/微晶薄膜电池、CIGS薄膜电池、CdTe薄膜电池）中,未来CIGS薄膜电池的增速最为明显。

CIGS薄膜电池成本分析。

根据假设条件我们测算出,在规模化效应完全实现的条件下的CIGS薄膜电池的成本为1.07美元/瓦。

如果按照FirstSolar的毛利率情况做假设,则CIGS的目前可比产业化售价在1.5美元/瓦。

通过上述假设测算出采用薄膜电池的10MW光伏电站的初始投资成本是4.2美元/瓦,度电成本为0.30-0.45美元/kWh。

如果考虑到薄膜电池的弱光效应,度电成本还会下降。

CIGS薄膜电池优势所在:

1）薄膜电池的低成本优势,相对于晶硅电池材料成本便宜。

2）相对于其他薄膜电池,CIGS是目前所推广的薄膜电池中转化效率最高的,目前实验室转换效率可以达到19.9%。

3）没有光致衰退效应。

无衰退是薄膜太阳能电池最为关注的性能指标,单结非晶硅薄膜电池的衰退达到25%,非晶微晶叠层薄膜电池的衰退为10%左右。

CIS薄膜电池没有光致衰退效应,这一特点和晶硅电池相同。

4）最适合BIPV的应用。

目前行业担心的CIGS薄膜电池可能存在的问题。

1）原材料In的稀缺性。

目前全球CIGS薄膜电池的产能在300MW左右,所需要消耗的In的数量为14吨,远低于目前In材料的产出量。

目前正在开展相关替代的吸收层材料研究,未来技术问题会得以解决。

2）Cd的污染问题。

无Cd缓冲层的工艺是目前研发的重点。

国内A股上市公司——孚日股份（002083）。

孚日股份光伏业务包括两个子公司,孚日光伏（CIGSSe电池组件生产业务）和埃孚光伏（晶硅电池组件封装业务）。

　　孚日光伏采用德国JST的薄膜电池技术,第一条30MW生产线预计09年4季度开始试产。

第二条30MW预计于2019年1季度开始安装,至2019年中下旬产出。

项目规划240MW,总投资60亿,首期60MW投资15亿,其中设备投资11175万欧元（12亿人民币）。

从技术来源、设备情况来看,已经具备成功的条件,我们静待其产品产出。

埃孚光伏进行晶硅电池业务生产,由孚日股份和ALEO各出资50%成立。

公司总规划80MW,分三期完成,一期10MW和二期40MW均已开始生产,三期30MW2019年完成。

生产线为德国、瑞士进口的自动化设备,在晶体硅电池组件封装领域具备全球最好的自动化水平。

初期以包销方式拓展市场,我们期待未来公司自有品牌的发展。

预计09年生产25MW组件,实现销售收入5亿元。

投资观点:

孚日股份作为国内最早从事CIGSSe薄膜电池生产的企业,从目前的设备以及技术方面都具备成功的条件。

但是由于产品尚未产出,而产出后何时量产,规模化效应何时显现,薄膜电池何时对公司作出利润贡献我们尚不能判断。

　　我们认为,短期来看,我们关注的重点不应该是薄膜电池对于公司的业绩贡献。

　　长期来看,未来光伏行业的需求高速增长是必然,而薄膜电池由于其自身独特的优势,在光伏领域的比重将会明显提升。

所以我们更应该关注公司的长期价值

铜铟镓硒（CuIn1-XGaXSe，简称CIGS）薄膜太阳电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强，其光电转换效率是目前各种薄膜太阳电池之首，光谱响应范畴宽，被国际上称为下一时期最有前程的便宜太阳电池之一，有可能成为将来光伏电池的主流产品之一。

因为CIGS电池是多元化合物半导体器件，存在庞杂的多层结构和敏感的元素配比，对工艺和设备的要求十分严厉。

本文将对CIGS薄膜电池的结构及特性、国内外发展示状、产业化程度，包含CIGS薄膜电池尤其是吸收层的主要制备工艺和技术症结作简略先容和瞻望。

CIGS薄膜电池的结构及特征

CIGS太阳能电池的根本结构：

玻璃衬底、（Mo）导电层、CIGS（或CIS）吸收层、（CdS）过渡层、（i2ZnO）异质结N型层、（n2ZnO）窗口层、（MgF2）防反射层和电极，Mo作为电池的底电极，要求具备比拟好的结晶度和表面电阻；

P2CIGS层作为光吸收层，要求所做出的半导体薄膜是p型的，且为黄铜矿结构；

CdS作为缓冲层，降低i2ZnO与P2CIGS之间带隙的不持续性，解决CIS名义的不平坦；

n2ZnO（AZO）与Al电极构成欧姆接触；

i2ZnO层与P2CIGS形成pn结，并且吸收短波太阳光。

CIGS的带隙通过转变Ga和In的成分比例,5号电池批发，从0197eV的CIS到1167eV的CGS.

CIGS薄膜电池的海内外研究现状

美国国家可再生能源实验室（NationalRenewableEnergyLaboratory，简称NREL）采用共蒸发工艺，将CIGS的效率晋升至1919%，创下了薄膜太阳电池的世界记载，德国Hahn2MeitnerInstitute以及瑞典、日本、韩国的有关研究机构制备的CIGS电池效率也己超过17%.由美国能源部国家光伏中央（NCPV）与日本新能源和工业技术开发机构（NEDO）协作研制的无镉CIGS电池效率达到1816%.日本的ShowaShell采用Zn（O，S，OH）x作为缓冲层，3456cm2的组件效率达到1314%，创造了无镉CIGS电池效率的世界纪录。

为了减少铟、镓等昂贵材料的使用，降低电池成本，研究者开始了超薄电池的研究，减小吸收层的厚度。

NREL在1μmCIGS吸收层的基础上制备电池效率最高为17116%，吸收层厚度为0175μm时，电池效率为1215%；

ShellSolar的CIGSS电池吸收层厚度为1μm时，电池效率为1218%；

EPV的CIGS电池吸收层厚度仅为0147μm时，可得到919%的电池效率。

采用柔性衬底也是CIGS薄膜电池的发展趋势之一。

柔性衬底可以是不锈钢、钛、钼、铜片等金属，也可以是聚合物（聚酰亚胺）.采用柔性衬底可与卷绕技术相联合，大规模制备质量轻、可曲折的电池。

NREL采用共蒸发法，创造了不锈钢衬底上小面积电池效率世界纪录1715%；

德国Hahn2Meitner2Institute在钛衬底上共蒸发得到CIGS电池效率为1612%；

美国GlobalSolar公司014MW中试线生产不锈钢衬底上小面积电池效率为1215%；

ETH（SWI）采用共蒸发法在聚合物衬底上制得的CIGS电池效率为1218%.国内的南开大学、内蒙古大学和云南师范大学等单位于上世纪80年代中期先后开展了CIS薄膜电池研究。

目前包括中国电子科技团体公司第十八研究所、清华大学、华东师范大学、上海技术物理研究所、上海硅酸盐研究所、武汉大学和武汉理工大学在内的众多高校和研究所也都发展了CIS电池的研究。

目前国内研究历史最久、水平最高的是南开大学。

南开大学光电子薄膜器件与技术研究所高技术研究发展方案承当了国度重点课题“铜铟硒太阳能薄膜电池实验平台与中试线”，10×

10cm2集成电池组件转换效率达到713%，1cm2电池最高光电转换效率为1211%[2].转换效率在8%～11%规模内的成品率达到85%以上；

研究硫化锌（ZnS）薄膜替代硫化镉（CdS）过渡层，运用于无镉铜铟硒太阳电池的研制，其转换效率已经超过11%，为产业化生产铜铟硒电池彻底打消镉传染奠定了基础；

利用铜铟硒太阳电池实验平台前提进行技术扩大，研究杂质扩散与拦阻层结构，低温沉积铜铟镓硒薄膜材料结构与工艺技术，制备“不锈钢衬底铜铟硒电池”和“聚酰亚胺衬底铜铟硒电池”，转换效率分辨达到10106%（1cm2）和6102%（0112cm2）.推进了国内CIS和CIGS太阳能电池的发展。

目前，有关商业化的CIGS太阳能电池的电池结构，生产电池主要关注的技术问题包括：

CIGS吸收层的低成本制备