CIGS——光伏平價上網(wǎng)的另一選擇

　OFweek太陽能光伏網(wǎng)訊：光伏發(fā)電，與任何新生事物一樣，從一出現(xiàn)就是一種矛盾體�？稍偕�、清潔無污染等特性，決定了它在能源替代市場毋庸置疑的廣闊前景；但與此同時，超出傳統(tǒng)能源數(shù)倍的高昂成本，也使得這種替代進程舉步維艱，步履蹣跚。而正是這種顯而易見的矛盾對立面，光伏發(fā)電從一開始就走在提性能、降成本的直行道上。

　　雖然全球第一塊實用太陽能電池1954年已經(jīng)問世，但太陽能發(fā)電真正的產(chǎn)業(yè)化進程則是21世紀(jì)事情。來自O(shè)Fweek行業(yè)研究中心的數(shù)據(jù)顯示，2000年至2008年，全球太陽電池產(chǎn)量年均復(fù)合增長率為47％，2008年產(chǎn)量達(dá)到6.4GW，至2013年，全球光伏組件產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到40GW。同期，以歐美為主的全球太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用市場也以45％的年均復(fù)合增長率快速增長。2008年全球累計裝機總量已接近15GW。截至2012年底，全球光伏電站累計裝機容量已達(dá)99.7GW，較2007年翻了近11倍；截至2013年底，全球累計裝機容量達(dá)136.7GW。

　　縱觀全球光伏產(chǎn)業(yè)快速增長的這十年，同時也是成本快速下降的若干年。隨著太陽能光伏發(fā)電規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率和工藝水平的提高，全產(chǎn)業(yè)鏈的成本快速下降。太陽能光伏電池組件價格從2000 年的每瓦4.5 美元下降到2010 年的1.5 美元以下，再到目前的0.6美元/瓦左右，太陽能光伏發(fā)電的經(jīng)濟性已經(jīng)明顯提高。

　　正如上文所講，光伏產(chǎn)業(yè)界一致努力降低成本，最終目標(biāo)就是光伏發(fā)電能夠平價上網(wǎng)，與傳統(tǒng)能源直接競爭，乃至替代傳統(tǒng)能源。而這些努力，包括目前占主流的晶硅廠商在提升電池轉(zhuǎn)化效率、減少使用硅料成本、以及降低非硅加工成本等等，但2008年前后全球多晶硅市場的過山車行情，使得過往并不顯眼的薄膜太陽能電池廠商逐步走上前臺。從2008年開始全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量呈幾何倍增的態(tài)勢，足以說明這一時期光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)路線選擇上的巨變。

　　也正是在這一大背景下，CIGS薄膜太陽能電池迎來爆發(fā)增長良機。來自O(shè)Fweek行業(yè)研究中心的數(shù)據(jù)顯示，2007年CIGS薄膜太陽能電池全球產(chǎn)量僅為6MW，但到2011年全球CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)能達(dá)到3645MW，實際產(chǎn)量達(dá)到700MW，成為各種太陽能電池中增長最快的。2013年全球薄膜電池產(chǎn)量約3660MW，同比增長3.7%，占全球光伏組件總產(chǎn)量的9%，而在這其中CIGS薄膜電池的產(chǎn)量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1500MW。

　　圖表：2005-2013年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量（單位：MW）

　　資料來源：OFweek行業(yè)研究中心

　　眾所周知，CIGS薄膜太陽能電池具有以下優(yōu)點：

　�。�1）高的光電轉(zhuǎn)換效率，目前玻璃襯底CIGS薄膜太陽能電池實驗室效率已達(dá)到20.3%。商業(yè)化生產(chǎn)的CIGS薄膜電池組件的轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了14%，在薄膜太陽能電池領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

　�。�2）成本低，材料消耗少。CIGS是直接帶隙材料，已知的半導(dǎo)體材料中光吸收系數(shù)最大，最適合薄膜化。CIGS膜厚度1～2μm時就可以將太陽光全部吸收，大大降低了材料的成本，而多晶硅膜太陽電池其膜厚通常在20～30μm。另外，CIGS薄膜可用鈉鈣玻璃作襯底，不僅成本低、膨脹系數(shù)相近、還因微量的Na摻雜而提高電池的轉(zhuǎn)換效率和成品率。CIGS薄膜在玻璃襯底上形成缺陷很少的、晶粒巨大的高品質(zhì)結(jié)晶，而這種晶粒尺寸是一般的多晶薄膜根本無法達(dá)到的。

（3）長期穩(wěn)定性好，室外使用無光致衰退效應(yīng)。

　�。�4）能量償還期短，適于大批量生產(chǎn)。生產(chǎn)非晶硅薄膜模塊所需耗費的能源也要多年才能回收，然而CIGS在少于1年的時間內(nèi)即可回收。因此，CIGS薄膜太陽能模塊可以更有效地節(jié)省非必要的能源消耗。

　�。�5）抗輻射能力強，可滿足空間應(yīng)用的要求。

　�。�6）適合單片集成：金屬襯底材料可通過在其表面沉積絕緣層實現(xiàn)單片集成，PI襯底由于其本身的絕緣性，在單片集成領(lǐng)域更有前景。

　　盡管CIGS電池存在以上諸多優(yōu)點，但是其本身的局限性也是不容忽視的。例如，薄膜組件生產(chǎn)過程中共同的軟肋：前期投資成本高，設(shè)備要求高，生產(chǎn)過程復(fù)雜；以及目前CIGS電池關(guān)鍵原料的供應(yīng)并不十分充足，遠(yuǎn)不如晶體硅組件原料般普及；而且，關(guān)于其生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生有害物質(zhì)的爭議也從來沒有停息過，這些都是目前制約CIGS電池發(fā)展的主要因素。

　　這并不能阻礙CIGS的蓬勃發(fā)展之勢。一方面是企業(yè)投資CIGS的熱情高漲，首當(dāng)其沖的便是中國漢能控股屢次在市場上掀起波瀾；另一方面采用CIGS組件的光伏電站在全球范圍的不斷興建，也用實際案例給市場注入了極大的信心。比如位于云南石林國內(nèi)最大的1兆瓦級薄膜太陽能并網(wǎng)電站，2012年7月由北京桑林藍(lán)天自控技術(shù)有限公司建成投產(chǎn)，是中國在CIGS薄膜太陽能領(lǐng)域的首列示范工程，而且根據(jù)電站運營商的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，運行至今產(chǎn)品表現(xiàn)良好。最關(guān)鍵的參數(shù)是該產(chǎn)品雖然在成本和轉(zhuǎn)化率上不及多晶硅切片的太陽能電池，但由于弱光性強、吸收頻譜寬以及在高溫下較佳的功率衰減表現(xiàn)，電站發(fā)電效率反而比同等規(guī)模的晶硅電站高出10%左右。

　　但在產(chǎn)業(yè)界，關(guān)于薄膜電池的爭論一直未停歇。一方面是CIGS業(yè)者大肆渲染這一技術(shù)路線的光明前景，比如德國Manz等主要CIGS制造商宣稱的"CIGS薄膜電池將是光伏未來"的觀點；另一方面則是晶硅業(yè)者居高臨下，看衰薄膜路線前景，直指"晶硅路線才是太陽能發(fā)電主流，薄膜電池根本無力構(gòu)成威"的論調(diào)。

　　OFweek行業(yè)研究中心高級分析師馮輝認(rèn)為，站在當(dāng)下去爭論哪種技術(shù)路線是光伏產(chǎn)業(yè)的未來，這種命題本身就毫無意義。光伏產(chǎn)業(yè)的整體目標(biāo)就是盡早實現(xiàn)平價上網(wǎng)，加快替代傳統(tǒng)能源的進程，而達(dá)成這一目標(biāo)并不需要去限定非要走哪種技術(shù)路線。以CIGS為代表的薄膜路線暫時不占主流，但并不代表這一技術(shù)路線不能作為光伏平價上網(wǎng)的另一選擇；相反，長期以來在市場上一家獨大的晶硅路線，并非可以穩(wěn)坐釣魚。因為光伏發(fā)電的能源替代進程依然任重道遠(yuǎn)，哪種技術(shù)路線的度電成本更夠更快接近終端用戶能夠接受的價格，才能夠真正贏得市場。

　　就在本文即將落筆之際，筆者聽聞"德國巴登符騰堡太陽能和氫能源研究中心（ZSW）宣布研制出轉(zhuǎn)換效率為21.7%的CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池，刷新歷史記錄"這一消息。這不僅是CIGS這一技術(shù)路線的進步，更應(yīng)該看做是整個光伏產(chǎn)業(yè)的進步。因為只有類似的進步不斷累加，光伏平價上網(wǎng)乃至替代傳統(tǒng)能源的進程才會不斷提速。

　�。ㄗ髡呦礝Fweek行業(yè)研究中心高級分析師）