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上海交通大學物理系太陽能研究所孟凡英博士

光伏產業是新能源產業，是環境友好的零碳能源。與晶體硅電池相比，CIGS（銅銦鎵硒）和CdTe（碲化鎘）薄膜太陽能電池具有成本低、產能高、可靠性高、光電轉換效率高、穩定性好、能量回收期短、組件應用多樣性等諸多優勢，具有極大的成長空間，但同時也面臨著很大的挑戰。

    材料供應不會成為瓶頸

    太陽能電池是一種能夠將太陽光能轉換成電能的器件，基本結構是p型半導體和n型半導體結合后形成pn結，高轉換效率的太陽電池對材料有特殊的要求。CIGS和CdTe半導體材料是直接帶隙半導體，光學吸收系數高于晶體硅1到2個數量級，并且具有合適的禁帶寬度，這決定了這兩種化合物是制造太陽電池的理想材料。目前在CIGS和CdTe太陽能電池領域保持冠軍紀錄的是美國國家可再生能源實驗室，其CIGS電池的轉換效率為19.9%，CdTe電池的轉換效率為16.5%。理論上這兩種電池的轉換效率可以達到33%，可見化合物薄膜電池的效率還有很大的提升空間。

    從材料的角度考慮，金屬銦是稀有元素，就目前的工藝技術和器件結構而言，金屬銦對CIGS電池大規模生產而言是最重要的材料。據估計，如果CIGS電池光電轉換效率為10%，CIGS吸收層厚度為3μm，1MW的組件需要約50kg的銦；隨著工藝技術的改進，CIGS吸收層厚度有可能從現在的3μm減薄到1μm，光伏電池中銦的用量會大大減少。此外，銦可以有效回收，現在日本和一些其他亞洲國家能有效地回收銦，從而可以穩定銦的價格，降低與銦相關半導體器件的生產制造成本；而且中國是銦儲量最多的國家，這使得國內CIGS薄膜電池的生產具有一定的優勢。

    對于CdTe薄膜電池，Cd和Te是確保連續性生產最重要的材料。眾所周知，Cd是有毒的元素，Te是地球中的稀缺元素，用CdTe材料做太陽能電池，材料來源與安全性是被關注的焦點。一般情況下Cd元素是有毒的，當Cd與Te形成穩定的化合物時會失去毒性。據報道蓄電池中Cd的含量遠遠高于CdTe電池，所以化合物CdTe在光伏組件正常工作期間幾乎沒有危險。Cd材料對于CdTe薄膜光伏組件并不是一個限制因素，據統計，生產1MW、CdTe厚度為3μm、光電轉換效率為9.3%的CdTe光伏組件大概需要94kg的Cd材料。

    隨著電池光電轉換效率的提高和CdTe吸收層厚度的減小，Te的使用量在逐漸減小，當吸收層厚度達到1μm、電池效率達到13%時，Te的用量接近20kg/MW。可見Te的材料供應也不會成為CdTe光伏電池的材料瓶頸。

    創下最低成本紀錄

    2010年4月，美國國家可再生能源實驗室(NREL)證實，由SoloPower公司實驗性生產線生產的柔性銅銦鎵硒(CIGS)光伏組件已通過該實驗室測試，其光電轉換率已達到11%，是迄今為止業內全尺寸柔性模塊所能達到的最高轉換率。該公司在制造過程中利用其專利電鍍技術，使用柔性金屬薄片制造CIGS太陽能電池。NREL之前曾證實該公司11.8cm2的實驗室太陽能電池的轉換率高達13.4%。[NextPage]

該公司表示，在對其柔性組件進行內部測試后，已將該產品送至獨立實驗室進行UL1703標準認證，UL認證有望于近期完成。
    Avancis屬于圣戈班集團的一個子公司，該公司于2008年10月開始進行銅銦硒的生產。一年之后，該公司稱其生產能力已經達到了極限。NREL證實其30cm×30cm的銅銦硒太陽模塊轉換效率達到15.1%，Avancis是在德國慕尼黑研發實驗室研制出此結果的。近日德國Avancis公司與Donauer公司宣布雙方結成伙伴關系，就Avancis生產的PowerMax銅銦硒薄膜太陽組件開展合作。Avancis組件功率為100W～120W，組件效率高達12%，成為首批納入Donauer公司產品組合的銅銦硒薄膜組件。

    比利時稀有金屬(銦、鎵、硒、碲等)生產商MCPGroup目前正將其制造工廠并入旗下子公司AtluminEnergy，以精簡操作流程，壓縮其材料供應鏈，滿足日益增長的薄膜光伏產業的需求，提高競爭力。此外，Atlumin公司總部所在的美國紐約新哈特福德鎮(NewHartford)還提供高級回收利用方案。該公司生產廠位于德國，英國和美國等多個國家。

    作為全球最大的太陽能電池制造商和唯一的CdTe薄膜電池制造商，FirstSolar公司成為光伏行業成本控制的風向標。2009年，該公司產量達到1.2GW，預計2010年產量在1.3GW，2012年，FirstSolar公司的產能將達到2.1GW，其產能的擴張主要在馬來西亞的工廠實現。

    2009年，FirstSolar公司CdTe電池的制造成本已達到0.8美元/峰瓦，這是目前光伏產品的最低成本，眾多光伏企業以FirstSolar成本為標準，改進工藝，優化技術和管理模式，努力降低成本。此外該公司的產品效率在不斷更新提高，目前光電轉換效率在11.5%左右，而實驗室該電池效率已達到16.5%，理論效率在33%，由此可見電池成本還有繼續下降的空間。

    此外CdTe薄膜光伏組件制造商AboundSolar公司的60cm×120cm規模CdTe薄膜光伏模塊在不同的氣候條件下接受了加速應力測試，機械沖擊、風荷載、雪荷載等不同測試，2010年4月收到由TUVRheinland光伏產品測試實驗室頒發的國際電工委員會(IEC)認證書，以及美國保險商試驗所(UL)和加利福尼亞能源委員會(CEC)頒發的認證書。至此，該公司的AB1系列光伏模塊產品已同時擁有UL、IEC、CEC和CE四大認證機構的認證書，并可以在美國及整個歐洲范圍內進行銷售。AboundSolar公司向客戶提供25年的功率輸出保證。