太阳能电池产业报告.docx

1、太阳能电池产业报告太阳能电池产业报告一、概述 21世纪人类面临经济高速增长和社会可持续发展的双重压力。现今支持社会发展的主要力量仍是以煤炭、石油、天然气为代表的化石能源。但是化石能源的过度使用已经造成了各种环境污染和温室效应等一系列负面作用。更关键的是化石能源已近罄竭，按照现在的开采使用速度，化石能源将在10年后开始减产，在50到100年间用尽。为此，各国都在争相开发研究水能、风能、核能、太阳能等可替代、可循环的清洁能源。在这些能源之中，太阳能作为一种分布广泛、取之不尽、用之不竭的绿色无污染清洁能源，是人类社会可持续发展的首选能源。在太阳能的有效利用中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活

2、力的研究领域， 是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。最早问世的太阳电池是单晶硅太阳电池。用硅来制造太阳电池，原料可谓不缺。但是提炼它却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳电池的同时，又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，至今商业规模生产的太阳电池，还没有跳出硅的系列。本文主要介绍现在应用最广泛的晶体硅太阳能电池的生产技术、上游产品多晶硅及太阳能电池的产业现状和上品公司介入太阳能行业的潜在机会。二、硅太阳能电池技术简介1太阳能电池原理 简而言之，太阳能电池发电是利用了特定半导体材料的光伏效应。光与半导体的相互左右可以产生光载流子。当产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开

3、到两极时，产生电势，称为光生伏打效应（简称光伏效应）。当连上外接电路时，只要足够阳光照射，就能产生源源不断的电流。半导体光电器件应该满足以下两个条件：（1） 半导体材料对入射光有足够大的吸收系数，即入射光的能量应大于半导体的禁带宽度。吸收系数大，则光的透入深度就浅，所需材料就少，比如晶体硅需要200300um 才能吸收太阳光谱中波长较长的光。（2） 半导体有光伏结构，必须要能形成内生电池对应的势垒。晶体硅太阳能电池是掺杂磷和硼，形成p-n 结，从而得到p-n 结势垒。 一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其它的杂质，如硼、磷等，

4、当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。 同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如下左图。 N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的

5、薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。当芯片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。(如下图所示） 由于半导体不是电的良导体，电子在通过pn结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产

6、生，因此一般用金属网格覆盖pn结（如图 梳状电极），以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），将反射损失减小到5甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。3晶体硅太阳能电池制程（1） 晶体硅的制程改良西门子法：改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。（2）硅片切割、清洗（3）太阳能电池板制程4.

7、太阳能电池系统三、产业现状1.硅原料产业 目前国内多晶硅生产在工艺技术和规模上与国外有较大的差距，原料消耗高、能耗高、规模小、产量低、装备差、成本高、质量不稳定、市场竞争力弱。因此多晶硅生产厂家由上世纪80年代的14家到90年代减为两家（峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司）。到2005年底，洛阳中硅高科技公司300吨生产线已正式投产，二期扩建1000吨多晶硅生产线也同时破土动工，河南省计划将其扩建到3000吨规模，建成国内最大的硅产业基地。四川峨眉半导体材料厂（所）是国内最早拥有多晶硅生产技术的企业，2005年太阳能电池用户投资，扩产的220吨多晶硅生产线于2006年上半年投产，四川新光硅业

8、公司实施的1000吨多晶硅生产线正在加快建设，在2007年底投产，此外，云南、扬州、上海、黑河、锦州、青海、内蒙、宜昌、广西、重庆、辽宁、邯郸、保定、浙江等地也有建生产线设想。（1）供求关系光伏产业的持续快速增长，使得以前主要依赖半导体工业用硅的头尾料、废料和剩余产能已经不能满足当前光伏市场的需求，光伏和半导体产业对硅料的竞争需求直接造成目前轨料的供应紧张和价格上涨。根据原材料生产线的建设周期和现有产能，综合考虑全球原材料库存减少的事实，市场的需求依然强劲，加上下游产业产能又在继续放大，2007年将是原材料最为短缺的一年，原材料有价无市的状况将会持续，根据原材料生产线扩产周期，这种状况至200

9、8年下半年才能取得一定程度的缓解。晶体硅的供需不平衡仍然会是未来3-4年内产业的主要特色。目前国内原料95%以上需求要从国外进口，国内外价格差异较大（国内企业大多数基本上从代理商手中购买材料），很难保证原料质量从而影响到产品质量，加之国内半导体产业也有较大需要，更加凸显国内建设多晶硅生产线的必要性。国内多晶硅需求缺口（2）国内产能及增产计划国内产能： 目前国内产能最大的是洛阳中硅新光硅业1260吨/年，按电子级标准设计，在2007年2月底正式投料，最有可能打破千吨级多晶硅生产在国内空白的局面，利用两年左右的缓冲时间，在成本上有可能将到一个可以竞争的水平，同时分享行业成长的高毛利。其它国内仅有峨

10、眉半导体及洛阳中硅在进行较小规模的生产，技术和设备相对成本较高。国内晶体硅原料产能及产量分析国内增产项目计划： 有数据显示，国内目前约有10多个省市30多家企业在筹划上马多晶硅项目，到2010年国内在建和筹建的多晶硅项目达产后，总产接近9万吨。以下例举几个已经开工或者正在筹建的项目： 云南曲靖投资100亿元兴建年产10000吨高纯多晶硅项目； 无锡尚德在青海的多晶硅项目已经开工建设，最终年产量可达6000吨； 通威集团投资50亿元在四川乐山兴建年产10000吨多晶硅项目； 上海神州新能源发展公司投资18亿元在内蒙古呼和浩特建设年产1500吨多晶硅项目； 深南玻在湖北宜昌投资建设年产4500吨多

11、晶硅项目； 洛阳中硅投资14亿元兴建年产3000吨多晶硅项目； 江苏阳光投资35亿元在宁夏石嘴山建设年产4000吨多晶硅项目； 江苏大全集团投资40亿元在万州开建多晶硅基地，最终年产量可达6000吨。 （3）产业发展的主要问题 多晶硅提纯是一个高耗能的行业，而且如果没有严格的环保控制，也是一个高污染的行业。如前所述，西门子法的晶体生长过程中，需要维持1100oC 左右的高温，需要大量电力。这也就不奇怪为什么美国生产全球50以上的多晶硅，因为其电力供应充沛且在发达国家中电价相对较低。生产1000 吨多晶硅会有三氯氢硅3500 吨、四氯化硅4500 吨废液产生，而未经处理回收的三氯氢硅、四氯化硅是

12、一种有毒的液体，环境污染极为严重。发达国家所建的多晶硅提纯项目，都包括建立有毒气体、液体的回收系统。值得警醒的是，国内相当一部分硅锭/棒、硅片厂是和日本的合资企业。合作方式是日方在全球回收半导体工业的各种头尾料和废料，然后在河北、锦州等地拉制/浇铸成太阳能单晶硅棒/多晶硅锭，然后全部发回日本。拉制1 公斤单晶硅的耗电量约50 度，每公斤切片的耗电量约为6 度，同样是耗电量惊人。日本不仅利用了中国相对廉价的电力资源和人力资源，还把污染留在了中国。（4）行业发展的对策a) 发展壮大我国多晶硅产业的市场条件已经基本具备、时机已经成熟，国家相关部门加大对多晶硅产业技术研发，科技创新、工艺完善、项目建设

13、的支持力度，抓住有利时机发展壮大我国的多晶硅产业。b) 支持最具条件的改良西门子法共性技术的实施，加快突破千吨级多晶硅产业化关键技术，形成从材料生产工艺、装备、自动控制、回收循环利用的多晶硅产业化生产线，材料性能接近国际同类产品指标；建成节能、低耗、环保、循环、经济的多晶硅材料生产体系，提高我们多晶硅在国际上的竞争力。c) 依托高校以及研究院所，加强新一代低成本工艺技术基础性及前瞻性研究，建立低成本太阳能及多晶硅研究开发的知识及技术创新体系，获得具有自主知识产权的生产工艺和技术。d) 政府主管部门加强宏观调控与行业管理，避免低水平项目的重复投资建设，保证产业的有序、可持续发展。 3.太阳能电池

14、产业 （1） 产业发展的动力 光伏产业发展短期内尚不能由市场驱动。与半导体发展动力的不同。计算器是一种革命性的发明，是一种从无到有的创新，从诞生之日起就没有替代品，而带来的效用是立竿见影的，因此，后来的发展完全可以由那只“看不见的手”推动。而太阳能电池不一样。太阳能电池至今都是一种昂贵的替代品，其效益有一大部分是隐含的或在未来才会实现的，如果没有政府力量的推动，恐怕至今都还躺在实验室里。只有当其价格接近替代品或其综合效益被市场认可的时候，太阳能电池产业才会形成一种自我驱动的趋势。因此，中短期内政府仍会是推动光伏产业发展的主要力量。经梳理太阳能电池的发展逻辑如下：（2）各国的太阳能产业规划 发达

15、国家多有宏伟的光伏产业规划。任何国家都寻求能源独立，由于能源对于国家安全和稳定的重要影响，新能源的发展过程中政治影响非常突出。欧洲国家和日本是新能源发展的最为稳定的推动者，其背后是因为它们对能源供应稳定有种深刻的不安全感，甚或说是种焦虑感。对于欧洲来说，基督教世界和伊斯兰教世界的鸿沟使他们对中东的油气资源难寄希望，而俄罗斯频繁利用油气资源来达到其政治目的亦让欧洲人头疼不已。对于日本而言，自身资源严重短缺，中东油气运输需要长途海运，沿途风险难料，而俄罗斯难以成为长期伙伴。因此，这些国家很早就意识到了发展替代能源的必要，在充分认识到太阳能的潜力后，制定了宏伟的光伏产业的发展远景规划。 （a）德国德

16、国市场增长无需过忧。短短几年赶超日本，发展成世界最大的光伏市场，它的起伏牵动着整个光伏产业。06 年装机量达到960MW 左右，累计装机量接近2.4GW，几乎一个国家就快达到04 年欧盟路线图中提出的2010 年达到3GW 的最低目标。06 年德国市场全年增速超过50，但下半年开始减速，原因是市场担心德国新政府改变政策（07 年将重新审议EEG），削减补贴。但我是默克尔不是反对的光伏产业的发展，而是希望把光伏产业发展的利益留在德国国内。默克尔是这次欧盟新减排目标的倡议者和推动者，对新能源的态度可见一斑。实际上，经过测算，光伏市场发展带来的70以上的利益是留在德国国内的。光伏产业链中最多的就业岗

17、位是在集成、安装、维护，经销环节（多于30 个工作机会），而不是上游制造环节（20 个左右）。到2005 年为止，德国光伏工业的发展已经至少创造了40,000 个新的工作机会，而且以30以上的速度递增。再一点，Q-Cells、SolarWorld、Ersol、SolarWatt、Conergy 等一大批德国光伏产业最大的公司都座落于更高失业率的东德区域，这是德国总理不敢轻视的。所以，对德国EEG 的重新审议保持乐观态度，如果对国外产品的设限，最可能的途径通过提高产质量量标准，这对国外的优势企业而言可能更是一件好事。预计德国市场从0710 年的年复合增长率会保持在30以上。2010 年可再生能源

18、发电量占总发电量的12.5。相关政策：可再生能源法：确定购电补偿法（Feed-in-tariff）根据不同的太阳能发电形式，政府给予为期20 年，0.450.62 欧元/度的补贴，每年递减56.5； 德国政府政策对太阳能光伏产业的影响（b）西班牙南欧国家的光伏市场将会蓬勃发展。西班牙是06 年全球装机量增幅最大的国家，达到200，达到60MW 左右。这固然与其较低的基数有关，但亦可折射出这个国家对发展太阳能的勃勃雄心和整个市场的潜力。西班牙阳光灿烂，被认为是太阳能发电最早可能消除成本劣势的国家之一。西班牙近几年的经济发展速度在欧洲名列前茅，给了这个国家近几十年来前所未有的自信，动辄就上20MW

19、 以上的光伏电站项目。未来几年西班牙光伏市场的发展可能会大大超过人们的预期。同处南欧的意大利亦是潜流涌动，很可能给光伏产业带来惊喜。 2010 年总装机量达到400 MW，目前看来很可能往上修改目标。2010 年可再生能源占总体能源消费比重翻番，达到12。相关政策：“Real Decreto” 购电补偿法：150MW 封顶1)：100kWp: 0.23EU/kWh, 25 年（平均电价的3 倍），25 年后为平均电价的2.4倍。 （c）日本日本市场会重拾增速。日本光伏市场增速从05 年开始下降，06 年更是几无增长，装机量为300MW 左右。但我们认为日本市场不会就此消沉，我们相信日本政府肯定

20、会推出刺激光伏市场的新举措。在所有国家中，日本对推广太阳能是最为坚决的，是唯一一个把光伏产业提到战略高度的国家。如前文所述，日本政府对光伏产业的长远规划和稳定支持是日本光伏产业迅速发展，成为全球领头羊的最重要因素。传统工业设备的市场在逐渐萎缩，而光伏产业活力无限。日本工业界因而把光伏产业认为是关键工业，只能在本国生产，不能转移到中国或其它亚洲国家。日本市场之所以减速，是因为政府几乎取消了补贴，意图让光伏产业形成市场驱动的机制。但事实证明，成熟如日本的光伏产业仍显稚嫩，仍需外力相助。面对德国市场的崛起，日本政府定会出台新的激励措施。05 年，日本政府推出“新日光大作战计划”，力图超越德国，重新成

21、为光伏第一大国。日本目前累计装机量在1.8GW 左右，距离2010 年达到4.8GW 的目标有不少距离，以日本对公开计划一贯的重视，在接下去的几年中定会全力以赴。所以预计日本市场会重拾升速，逐渐提高至20以上。日本光伏产业协会预测到2010 年时，日本年装机量可达到1230MW，对应市场容量45 亿美金，2020 年总装机量达到28700MW，年装机量达到4800MW，2030 年总装机量达到82800MW，年装机量达到10000MW。“Alternative Eneregy Law”：为替代能源发展提供了一个法律框架。“Basic Guidelines for New Energy Intr

22、oduction”：为日本光伏产业和市场之后15 年的发展奠定了一个长期、稳定、明确的框架。“New Energy Law”：2001 年制定，目的是为了加速新能源发展。“Renewable Portfolio Standard”：2003 年生效。规定电力公司的电力供应中必须有一部分为新能源（自供或外购皆可）。目标是将新能源的发电量在2010 年提高到12.2TWh，占总发电量的1.35%。2007 年，日本政府规定RPS 标准下的总购电量目标为6.1TWh。“Science and Technology Policy 2006”：日本政府计划在接下去五年中投资25万亿日元（约1800 亿美

23、元）增强日本科技的全球竞争力。发展高效低成本光伏技术是14 个战略目标之一。；到2010 年时总装机量达到4820MW； （d）美国 美国会成为世界上最大的光伏市场。布什政府对京都议定书的消极，对全球变暖现状的淡漠甚至质疑，使人们对美国太阳能市场的启动不抱希望。这恰恰低估了这个国家在过去一百多年中展现出的迎接变化的勇气和蕴藏在联邦制度中的特殊弹性。我们认为一场绿色风暴正在美国酝酿，而美国政府的态度也可能瞬间转变，因为这是一场自下而上的旋风，风暴的来源是手握选票的美国民众。就像经济学家说的：“政府的脸变起来可能比气候还快”。不要忘记一个事实，美国已经超过德国成为世界上最大的风力发电市场。如果说0

24、5 年的飓风促使美国人开始对气候问题关注，那么06 年的暖冬则让他们亲身体验全球变暖的恶果，而这两年居高不下的油价对日常生活的钳制让他们觉得发展替代能源的必要。而宣传环保也成了美国教堂中布道的经常内容之一，许多知名神父都是坚定的环保主义者（绝对不要低估宗教界人士在美国的影响力）。美国民众已经开始用他们的选票表明他们的态度。施瓦辛格若不是高调支持减排协议，与布什公开唱反调，恐怕去年已经被加州选民轰下台。越来越多的共和党人为了抱住自己的位置，也纷纷表示对全球变暖问题的关注。甚至布什在年初时表态要支持可再生能源的发展，虽然理由是要取得“能源独立”。但减少对中东石油的依赖，在国际事务中取得更多的自主，

25、渐成美国政府共识。令人意想不到的是，美国企业也开始主动拥抱绿色，而令人更意想不到的是，这其中竟然包括了Du Pont、PG&E（加州最大的电力供货商）、Alcoa 这样传统上认为可能会激烈抵制减排温室气体的公司。有些公司或是是看到了其中的商机，认为机遇大于挑战，有些公司或是兼有考虑公共关系管理（反映出美国公众的取向），但可以肯定的是他们都意识到了这是不可阻挡的历史潮流。与其徒劳地拖延，不如主动去适应。加州无疑是美国提倡新能源的先锋，不仅签订了减排协议，还提出了宏伟的“California Solar Initiative”，从07 年正式开始实施。单单一个加州市场，可能就可与整个德国相比，更何

26、况加州向来领美国风气之先，其对各州还将起巨大的示范拉动作用。美国的太阳能资源全球第一，发展太阳能对解决其能源需求具有现实意义。必须指出的是美国市场打开的意义不仅仅是一个简单的市场拓展，更重要的是由于其影响力带来的对全球能源政策取向的导向和推动作用。以其惯于将自己的价值取向强加于人的一贯作风来看，美国如果积极推进温室气体减排，提倡发展可再生能源，其对全球光伏产业的发展将起到德国、日本远不能及的作用。我们认为美国目前对气候问题迟疑的态度一方面是担心积极减排影响经济，另一方面也是为了等待本国新能源产业能和欧洲、日本相抗衡。06 年美国市场装机量为140MW 左右，增速达到35%以上，累计装机量620

27、MW左右。我们认为美国市场已经进入一个强劲的上升加速通道，0710 年的年增速会在40以上，而且很有可能超过我们的预期。综上，我们认为各国现有的政策已经创造了巨大的潜在需求，只要电池价格回落，全球市场实现30%以上的增速没有任何问题。到2020 年时，总装机量超过7GW；加州目标: 2017 年总装机量达到 3GW。其它州有各自目标，比如新泽西州目标2011 年总装机量达到1.5GW。 “Federal Energy Policy Act”：商用光伏系统：30%税收抵扣2 年,之后为10%； 居民用光伏系统：30%税收抵扣2 年，$2000 封顶。“Presidents Solar Ameri

28、ca Initiative”：增加研发费用至1.48 亿美金，该项目目的在于培养美国在太阳能光伏技术的竞争力“California Solar Initiative”：总预算32 亿美金，10 年安装一百万个太阳能发电系统。从07 年开始，100KWp 的系统： 纳税机构/ 个人用户有$0.39/Wp 的补贴， 政府和NGO$0.5/kWh.各州和联邦政府还有各种投资补贴，税收抵扣，低息贷款，RPS 等各种扶助政策以确保2020 年总装机量超过7GW； （3）地区发展的不平衡地区产能扩张较不平衡。从产能扩张的区域来看，欧洲和美国从05 年到06 年产能增速基本和全球产能增速相同，而日本的产能扩

29、张较为迟缓，其它地区的产能则增长迅猛（大部分来自于中国和台湾地区）。这和市场情况相符。德国市场0406 年需求猛增的最大受益者就是中国和台湾的太阳能电池公司，而非业界的领导者-日本公司。我们认为这或许反映了两种竞争者的优劣势。日本的太阳能电池公司多是大型企业集团的从属部门，在技术和产业配套上积累深厚，有一定优势，但似乎对市场的敏感度不够，反应略显迟缓；而其它国家的太阳能电池公司业务较为专一，对市场的嗅觉灵敏，对规模扩大的积极性高，但多为新创，业务单一，抗风险能力相对较低。（4）中国太阳能产业（a）概述中国太阳能产业无疑是世界太阳能产业的异数。没有本国市场的支撑，中国太阳能电池的产量却仅排在日本

30、、德国之后，而且还诞生了像无锡尚德这样的世界级光伏企业。从表 中可以看出，中国太阳能电池产业呈锥形分布，更准确的说，是纺锤形分布。因为国内不具备大规模生产高纯度多晶硅的能力，所需95以上须从国外进口。因为国内市场狭小，所以产品95以上出口。太阳能电池主要市场是幷网市场，而系统集成安装须在市场当地进行，因此国内下游的产品应用开发企业多集中于开发离网应用产品，企业家数虽多，但附加值较低，产值亦较小。中国太阳能产业链分布（b）尚德神话太阳能电池产业为国人所知可以说是从无锡尚德在纽交所上市，施正荣成为中国首富开始的。但尚德的成功在某种程度上是不可复制的。04 年德国市场突然爆发，而本国企业尚未准备好，

31、给尚德留下了大量的市场空间，因而崛起于这个特殊的时间窗口。可无锡尚德的造富神话已经深深地刺激了人们的想象力，各路资本纷纷杀入。如果没有很高的技术壁垒，中国企业扩产的能力绝对是“世界一流”的。据中国可再生能源协会的不完全统计，2005 年国内太阳能级电池产能为420MW 左右，2006 年已经达到1450MW 左右！随着生产工艺被逐步固化到生产线里和部分设备国产化，“5000 万+两个工程师”就能搭起一条25MW 的生产线成了人们调侃太阳能行业最常用的一句话，似乎太阳能电池生产就这么简单。但事实是否真是如此呢，生产太阳能电池是否就真的就成了简单的加工业呢？在德国市场猛进，供不应求的时候，可能大家都能分到一杯羹，但随着产业的逐渐成熟，标准也日趋严苛。许多企业号称能达到16的转化率，但事实上产品的稳定均一性却是一个大大的问号。德国如对国外产品设限，最可能的途径肯定是提高准入标准。西方国家对中国产品的质量向来信心不足，对于太阳能电池这类的高科技产品更会挑剔。如果没有过硬的质量和良好的品牌形象，国内很多中小太阳能企业将很难跟上市场标准的发展，终会被淘汰出局。无锡尚德在纽交所上市后，不仅施正荣个人问鼎中国首富，更重要的是企业得到了可靠的融资渠道，在全球范围内获得了知名度。上市后，尚德迅速扩大生产规模，拥有了和上游的国际多晶硅供货商（和MEMC）签订长单的实力，收购日