薄膜光伏技術與市場發展前景

　　僅在數年以前，薄膜光伏（Thin Film Photovoltaics，以下簡稱TF PV）技術在光伏產業中還只能用“微不足道”來形容，只是在諸如計算器這樣一些簡單的產品中得到應用。除非晶硅外，一些TF PV材料還只是剛剛走出實驗室。
　　但在今天，TF PV已經是PV技術中最耀眼的一員，其生產份額不斷擴張。起初，這一市場是由于晶硅的短缺而得以發展，但如今短缺現象已經結束，TF PV則以其低成本、低重量和靈活性而繼續發展。而且，除了非晶硅外，銅銦鎵硒（CIGS）具有TF PV的所有優點，能量轉換效率也并不遠遜于傳統PV，碲化鎘太陽能面板已經出現了繁榮局面。根據美國NanoMarkets公司2008年3月發布的白皮書《走向成功的薄膜光伏》及之前出版的《薄膜、有機、可印刷光伏市場：2007-2015》研究報告中的預測，由于采用簡單印刷和roll-to-roll（R2R）制造工藝降低了成本，新產能的增加，以及通過技術改進提高了效率，這些都將使得薄膜光伏成為PV市場的主要角色，TF PV太陽電池將取代目前市場上由傳統的晶硅制造的PV面板而成為主流技術。
　　1.市場前景
　　根據預測，TF PV市場將由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PV市場的份額還不到5%，但到2015年有望上升到約50%。較傳統PV技術，TF PV將通過在很多應用中提供更有成本競爭力的解決方案去搶占市場，并憑藉其獨有的特性（重量輕、靈活性、易于嵌入其他材料）開發出新的應用。
　　傳統PV的最大弱點是高昂的電池制造成本。PV面板是以晶硅為原料，通過昂貴的步進重復批處理工藝制造。薄膜技術可以解決類似問題并開發太陽能的新應用。但TF PV的發展道路也并非一片陽光，這項技術還將面臨諸多挑戰，例如，近來晶硅原料的短缺由于替代材料的興起而開始緩解，這樣就消除了TF PV需求增長的一個主要動力。
　　2.成本/性能
　　TF PV技術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）以及有機和有機-無機混合材料，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

　　能源價格的波動對向替代能源技術的轉移起著重要的推動作用。太陽能因其取之不盡、用之不竭的特性對人類有著巨大的吸引力，但傳統的PV有其弱點：面板較重，生產成本高，不夠靈活，而且硅原料的供應不穩定。因此，PV大多只能針對相對狹窄的市場或其應用必須具備特定的條件，例如可以獲得補貼或其他電力來源匱乏的地方。
　　薄膜技術的機遇倚賴于減少這些制約因素的影響以及擴大PV可發生作用的市場。盡管這是大勢所趨，但直到最近，較低的效率和技術上的不夠成熟仍妨礙著TF PV及時捕捉這一機遇。
　　3.發展態勢
　　隨著近年來能源價格如火箭般上竄，加之PV價格的滑落，PV領域的成長非常顯著，有些觀察家聲稱PV最終可滿足美國能源需求達20%之多。
　　與傳統PV比較，TF PV因用于制造薄膜電池的材料較少，因而成本更為低廉。TF PV的制造是將由光電材料構成的薄層沉積于襯底，這就大大減少了原料的使用。新生產工藝的出現，包括roll-to-roll和印刷技術，又可以進一步降低成本。
　　性能方面，在不久的將來薄膜技術效率的顯著提高已成為大勢所趨。例如，CIS/CIGS的效率已經可以和傳統PV相提并論。但盡管已取得某些進展，薄膜技術和傳統PV的效率之間仍存在一定差距，且在某些情況下差異明顯。其結果是：TF PV必須與傳統PV在成本基礎上競爭，或者TF PV需要在性能基礎上創造出新的應用。
　　4. 市場開拓
　　根據對2007-2015年的預測，TF PV涵蓋的所有應用都將取得強勁增長。在成本和重量成為關鍵因素而轉換效率并不占優先地位的市場，TF PV具有最大的競爭優勢。增長最快的領域很可能是在受TF PV價格優勢驅動的消費電子和住宅市場。表2列舉了TF PV可獲得突破的機遇所在。

表2 TF PV的機遇

　　從市場價值來看，商業和工業建筑應用將占2008年TF PV需求的50%左右，其他則來自于大型項目和公用事業。到2015年，對TF PV的需求將擴大到更為廣泛的應用。其中住宅約占15%，比2008年增長9個百分點；消費電子應用將得到更大的需求份額，到2015年達到近8%，比2008年增長3.2%。對于大型項目甚至是集中式發電，TF PV由于重量輕以及低成本等因素而有望在屋頂獲得廣泛應用。
　　TF PV最大的機遇是在建筑應用，其中包括了商業、工業和住宅市場。由于薄膜技術固有的靈活性，TF PV能夠以多種方式嵌入屋頂和墻壁。將PV集成到建筑材料有著極大的降低成本的潛力。例如，可以采用in-line工藝將TF PV嵌入屋頂材料，從而抵消傳統安裝PV的安裝成本。已有幾家TF PV制造商正在開發這類產品，對他們來說，這是一個非常有前景的市場，可以做到“勝者通吃”。那些大型項目盡管裝機數量巨大，卻缺乏這一特點。
　　對將TF PV集成到屋頂材料的一個擔憂是這些材料能否滿足屋頂市場對長壽命的要求。對屋頂材料來說，保證幾十年的壽命是很普通的要求，但現在的TF PV產品能否做到還有待于實際驗證。
　　嵌入式PV的另一個新興應用是PV智能窗戶，它沒有這類問題。在這個應用中PV電池并不僅僅是成本低，而且為窗戶增加了新的功能。TF PV起到了光傳感器的作用，可以調節窗戶的透明度。這個應用需要有透明PV，因此最適合采用有機PV材料。盡管還沒有實現商業化，采用有機和有機-無機混合材料的TF PV將有潛力實現非常低的發電成本，這足以使PV進入全新的市場。對這類PV的需求預計將從2008年的100萬美元增長到2015年的3.72億美元。
　　盡管未來8年中TF PV在消費電子領域也將繼續增長，并為很多新型產品所采用，但這還并不是一個具有巨大價值的市場。TF PV已經或將應用于一些相對簡單的產品，如耳機、收音機、溫度計、天平、除臭器、腕表、時鐘、秒表、LED照明燈、感應燈、遙控器、檢測器、電池充電器、教具、風扇等等。一個具有更大潛力的市場是手機和筆記本電腦，TF PV可有助于解決這些產品的電力問題。TF PV可以嵌入到電池中，在下次充電之前起到延長使用時間的作用，這類似于建筑材料集成TF PV應用的規模縮小版。這個應用起初的目的是增強現有鋰離子電池的電力，長期目標則是取代這類電池。但存在的問題是這些面向手機市場的PV陣列的體積必須非常小，這樣可能使得這部分市場PV電池的出貨量最終會很低。
　　作為最成熟的薄膜技術，2008年非晶硅將占所有TF PV應用的大部分。待其他材料技術成熟后，這一現象很可能發生變化。碲化鎘和CIS/CIG將占總PV能量輸出的近45%（按裝機容量）。作為最有前景的技術之一，到2015年，有機和有機-無機混合TF PV將占整個PV工業相對較小的一部分（按市場價值），但可能與目前整個TF PV市場規模相仿（按裝機容量）。除成本外，有機PV將有相對較好的室內性能，且襯底選擇上較為靈活。對這類PV的需求有望從2008年的100萬美元增長到2015年的3.72億美元。
　　5. 風險衡量
　　最主要的風險是推動TF PV需求增長的某些因素將不再存在。如前面所提到的，推動薄膜技術發展的最初因素—— 硅原料的短缺現象正在迅速消失。但由于TF PV的優點較多，對其造成的影響可能不會太大。此外，替代能源熱潮的結束有可能影響對PV的需求，結果會造成市場增長率的下降。
　　薄膜技術也存在著效率不能如預計的那樣得到提高的風險。這些擔憂是實實在在的，但主要受到影響的是一些新型材料，如有機和有機-無機混合材料。在TF PV創造新產品的同時，這些產品的引入也會伴隨著其固有的高風險。
　　盡管對PV，特別是TF PV存在這些風險，但未來8年內這一工業的顯著成長是很有可能的。