CIGS太陽能電池成為光伏領域領跑者還有待驗證

    鋰電世界  近期，漢能控股對美國CIGS薄膜組件企業(yè)MiaSolé完成并購。據(jù)漢能董事局主席李河君說，在此次收購完成后，漢能薄膜太陽能電池的產能將超過3GW，一舉超越美國第一太陽能（First Solar），成為全球最大的薄膜組件企業(yè)。在感嘆我國光伏企業(yè)海外并購步伐之大的同時，我們心中也不免會產生疑問：暫不談該項技術在國內的本土化進程，只從技術路線而言，CIGS電池能否超越晶硅電池與硅基薄膜技術，成為光伏領域下一代的領跑者還有待驗證。

    何為CIGS
    CIGS電池是由銅（Copper），銦（Indium），鎵（Gallium），硒（Selenium）等幾種元素的化合物作為原料生產的薄膜化合物太陽能電池。其制作工藝有共蒸發(fā)法和濺射后硒化法等。

    CIGS電池由最初的CIS電池發(fā)展而來，薄膜材料CIS是在1953年由Hahn首次合成；1974年貝爾實驗室的Wagner等人制備出了第一塊CIS太陽能電池；上世紀80年代，波音公司和ARCO Solar(即Siemens Solar)公司分別用共蒸發(fā)和濺射硒化法進行了進一步研究；之后，又將CIS的材料中摻入鎵（Ga）和硫（S）元素使之與太陽光譜更匹配，美國再生能源實驗室(NREL)發(fā)明了擁有更高的光電轉換效率的CIGS電池，這就是現(xiàn)代CIGS太陽能電池的雛形。之后又經過不斷的技術改良與創(chuàng)新，CIGS的轉化效率不斷提高，目前量產的CIGS的組件轉化效率可以達到10%到13%左右，高于一般的硅基薄膜組件。

    相較于傳統(tǒng)的晶硅組件以及硅基薄膜組件，CIGS電池具有轉換效率較高，使用壽命較長，單片組件生產成本較低，可塑性較強，安全性較高以及生產過程中不需要提煉高純度原料等特點。

    首先，其轉換效率較高。CIGS電池是在薄膜太陽能電池中具備最高轉化效率的電池之一，德國太陽能和氫能研究中心(ZSW)采用共蒸發(fā)法曾在0.5平方厘米的CIGS電池上達到了20.3%的高轉化效率，使CIGS薄膜的效率與仍然主導市場的多晶硅太陽能電池之間的差距縮小到了0.1%。就連一般的量產CIGS組件，其轉化效率也可以達到10%到12%左右，高于一般的硅基薄膜組件的5%~10%。

    其次，其使用壽命較長，穩(wěn)定性高。一般的硅基薄膜電池組件，在使用后的短時間內，其轉化效率就會有較大幅度的跌幅。而CIGS電池則可以有更高更穩(wěn)定的使用壽命。

    第三，其低成本預期可加速實現(xiàn)。由于CIGS電池的轉化效率較高，每提高1%的轉化效率，其成本預期便會降低10%左右。而且，CIGS電池的薄膜厚度僅是硅基薄膜組件的百分之一左右，即2μm至3μm，相同面積使用的材料則更少。另外，其基板材料也是較為廉價的堿石灰玻璃。再者，對原料純度要求并非十分苛刻。這一系列原因，都預示著單片CIGS電池較低的生產成本。

    另外，能源回收周期短。根據(jù)邁哲華咨詢（中國）公司的相關數(shù)據(jù)分析，相對于其他組件，CIGS電池的EPT（Energy Payback Time）更短。所謂EPT，即能量回收周期，指的是在生產太陽能電池的過程中使用的能量，與制作完成的太陽能電池發(fā)電產生的能量等同時所需要的時間。EPT=生產太陽能電池的過程中使用的能量÷制作完成的太陽能電池一年發(fā)電產生的能量。由表1可見，在能源回收利用的效率上，CIGS電池有著更大的優(yōu)勢。

    但是，盡管CIGS電池相對于硅基薄膜組件有著諸多優(yōu)點，但是其本身的局限性也是不容忽視的。例如，薄膜組件生產過程中共同的軟肋：前期投資成本高，設備要求高，生產過程復雜；以及目前CIGS電池關鍵原料的供應并不十分充足，遠不如晶硅組件原料般普及；而且，關于其生產過程中可能產生有害物質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。

    CIGS技術前景如何？
    目前全球CIGS電池的市場情況如何呢？2012年，受全球太陽能發(fā)電市場不景氣的影響，CIGS組件的產能也受到了不小的沖擊，盡管目前2012年具體的數(shù)據(jù)還尚未統(tǒng)計出來，但是從2011年全球前7位的組件廠商的現(xiàn)狀，便可以了解一二。

    由表2可知，目前全球CIGS電池的產能雖然較小，但是整體市場狀況和晶硅組件一樣不容樂觀，盡管這其中有受全球光伏市場疲軟的影響因素，但是CIGS電池組件生產本身的高投資成本，與小眾化的市場等，也是導致其在全球市場中表現(xiàn)不佳的癥結所在。

    那究竟為什么在全球CIGS電池市場當下并不景氣的情況下，漢能依舊出巨資收購MiaSolé等CIGS電池企業(yè)呢？筆者認為，首先是因為MiaSolé光伏組件具有較高的轉化效率技術，據(jù)漢能董事局主席李河君說，該技術的量產轉化效率達15.5%，并且該技術預期兩年內也能有較大的提升空間，漢能收購MiaSolé預示著對其技術能力的肯定與高預期；其次，由于美國市場對我國組件企業(yè)的雙反等成為了我國組件廠商進入美國市場的最大阻礙之一，漢能此番收購美國本土公司，可以較好地越過貿易壁壘，為今后在美國市場的發(fā)展打下基礎；再者，由于現(xiàn)在CIGS電池整體行業(yè)的不景氣，對其廠商的收購價格也較為低廉，所以漢能選在現(xiàn)在完成對MiaSolé的收購，也是較為合適的時機。

    除漢能外，國際上如三井物產等諸多大型跨國公司，早已在2011年光伏產業(yè)進入寒冬之前，便將下一代的光伏技術如CdTe（碲化鎘）電池以及CIGS電池等化合物薄膜電池作為晶硅組件的下一代潛在替代品，進行了產業(yè)戰(zhàn)略布局。目前相較于這些傳統(tǒng)的跨國公司，我國企業(yè)在CIGS電池行業(yè)上的產業(yè)步伐其實也毫不落后。

    那么，CIGS電池未來的市場前景又將如何呢？根據(jù)邁哲華咨詢（中國）公司的分析預測，到2016年，全球CIGS電池的產能，將達到4GW，市場規(guī)模也將達到200億元人民幣左右，成為超越硅基薄膜組件、持平CdTe薄膜電池組件的全球最大規(guī)模薄膜組件產業(yè)之一。但是短期之內，CIGS電池組件想要成為替代晶硅組件的國際主流太陽能電池組件，形成龐大的產業(yè)鏈與供需關系，就目前看來可能性還是很小。

    那么，中國CIGS電池產業(yè)在今后將如何發(fā)展，才能在全球的CIGS電池市場中占據(jù)有利地形呢？筆者認為，中國CIGS電池產業(yè)要獲得快速可持續(xù)的發(fā)展，有賴于幾方面內外部條件：首先，企業(yè)自身的運作，應避免重蹈晶硅組件過于注重產能的覆轍，重技術而輕產能——努力降低企業(yè)前期的設備投入成本，將整體交鑰匙產線拆分拆細，擁有自己的高效率產線，以降低對海外設備的依存度，使前期設備技術投入成本成為阻礙CIGS電池產業(yè)的非主要因素，并且不斷積極開發(fā)新技術，致力于發(fā)展提高轉化效率，降低組件材料成本等核心競爭優(yōu)勢；其次，我國CIGS電池企業(yè)對外應不斷積極拓寬國內以及海外市場，以形成一批和目前國內晶硅組件同樣具備國際化品牌競爭優(yōu)勢的龍頭企業(yè)；再次，國家對CIGS電池國內市場的扶植也是不可或缺的，我國可以將對CIGS電池產業(yè)的促進，作為一項長期穩(wěn)定的戰(zhàn)略規(guī)劃來部署，視市場發(fā)展狀況逐漸完善強化CIGS電池的產業(yè)鏈，以期在下一代的光伏市場競爭中，使我國企業(yè)占據(jù)有利地勢。以同為化合物薄膜電池的CdTe電池為例，筆者曾在2011年拜訪過一家國內較早涉及CdTe電池行業(yè)的企業(yè)之一，上方能源。該公司表示，為了扶植新興太陽能電池發(fā)展，紹興市政府與其共同出資15億元人民幣，在紹興投資了產能達500MW的CdTe電池生產線。筆者認為，紹興市政府對CdTe電池產業(yè)的扶植，對同樣是新興技術的CIGS電池在國內市場的發(fā)展十分具有可供參考的借鑒意義。

    盡管到目前為止，CIGS電池在不遠的將來能否成為晶硅組件的革命性替代產品還是未知數(shù)，但是對技術創(chuàng)新的鼓勵與支持，是社會與科技進步與發(fā)展的原動力，是各國都應當認真對待的重要課題之一。
    就在漢能對美國CIGS薄膜組件企業(yè)MiaSolé完成并購的當天，日本CIGS電池廠商Solar Frontier宣布，日前通過濺射和硒化工藝，刷新了無鎘CIGS薄膜太陽能電池的轉換效率紀錄，使其實驗室轉化效率達到了19.7%。由此看來，我國CIGS光伏企業(yè)現(xiàn)在還遠不到志得意滿的時候，在國際光伏行業(yè)的舞臺上，唯有不斷技術創(chuàng)新，才能使自己屹立于行業(yè)潮頭。