理想启航薄膜发电显风流

　　理想启航薄膜发电显风流

　　杨鸿飞

　　2009年，全球最大的民营清洁能源企业汉能控股集团进入太阳能薄膜领域;2011年11月，汉能获300亿元国开行的资金授信;2012年，汉能硅基薄膜各大基地陆续投产。

　　旗帜鲜明地进驻、坚定有力地发展，让汉能在太阳能发电事业上迈出的每一步都颇受关注。

　　汉能控股集团对太阳能薄膜技术发展前景之乐观、发电市场规模预测之宏大、产业链整合之完备无不令业界赞叹。

　　高起点进入光伏市场

　　在光伏发电领域，晶硅电池产品占据80%以上的市场份额，行业内也以生产晶硅产品企业居多。尽管薄膜电池技术不断获得突破，市场份额不断扩大，但短期内还很难以撼动晶硅产品主流地位的实力。

　　据中国光伏产业联盟秘书处相关人员介绍，2011年全球光伏发电67.4GW的装机总量中，薄膜电池累计装机量为4GW左右，占据光伏发电不足一成的市场份额，其中美国第一太阳能凭借超过2GW的出货量分走半壁江山。光伏领域十大晶硅巨头齐聚国内，但在薄膜技术领域，中国尚缺少行业巨头与领军企业。

　　与其他光伏行业多数厂商不同，汉能控股集团毅然“舍晶硅而取薄膜”。李河君说：“光伏行业发展的十余年间，晶硅市场与技术得到了充分地拓展与提升，发展势头强劲，在光电转换率上也略胜一筹。但太阳能电池能否在市场上大规模商业化应用，电池组件每瓦成本或每度电的发电成本才是衡量市场竞争力的硬指标。从这一点看，薄膜电池凭借与建筑的完美结合，低能耗、无污染、成本低、弱光发电、柔性等优势的薄膜大有后来居上之势。

　　”

　　稳定现金流支持薄膜事业

　　随着汉能控股集团部署的“一基两翼”整体规划的推进，以及各大薄膜研发生产基地的陆续投产，汉能控股集团迅速确立其在薄膜领域的领军地位。但是如何寻找市场应用空间，如何突破薄膜关键技术，如何可持续发展，成为行业内关注汉能控股集团的焦点。

　　李河君说：“了解汉能控股集团的人都知道，汉能目前是全球最大的民营水力发电企业，拥有600万千瓦的水力发电装机总量，年发电量相当于24GW的太阳能光伏发电总量。水电为汉能进入太阳能光伏产业提供了稳定的现金流支持，这个对企业的发展至关重要。汉能对薄膜领域也进行过风险评估，薄膜是风险与机遇并存的产业。纵观全球，高科技公司和能源企业更有可能成为万亿企业。以高科技苹果公司为例，目前市值已经超过6000亿美元，做到万亿美元规模指日可待。而薄膜领域是把高科技和能源两者结合起来，从理论上讲，战略高度应该高于苹果，如果中国的太阳能企业能做成万亿公司，这对国家和民族的意义非常重大。”

　　薄膜应用前景将超出想象

　　对于国内尚未打开的薄膜应用市场，李河君呼吁政府加快BIPV的推行，在各省建设光伏建筑一体化示范项目。他说：“现在晶硅行业产品价格下降空间幅度已经很小了，而薄膜下降空间巨大。现在汉能采取‘以点带面’的策略，先在一些适合薄膜发展的南方省份，如广东、云南等地先建设一批示范工程后，再慢慢向其他省份推广作为总体项目部署。以广东省为例，在广东省内的工业厂房大概就需要30GW-50GW的规模，可以想象国内市场一旦全面打开，根本没有人能做到完全满足市场需求。”

　　李河君大胆预测未来光伏市场空间，“我们现在有很多想法与预测，大家会觉得可笑，但是对事物发展前瞻性的判断，汉能还是非常有信心的。多年前，我们建成了全球由民营企业投资建设的最大水电站;2010年，汉能提出了2GW规模的薄膜目标，当时很多人认为太高了，但事实证明我们再次正确。我常说一句话就是，‘我们往往高估了一到二年的变化，而低估了十年的变化’，对于光伏行业同样适用，未来光伏产业的发展将远超我们的想象。”

　　汉能薄膜太阳能应用技术及发展

　　薄膜太阳能技术综述。薄膜太阳能电池是指在玻璃、柔性聚合物等基板上沉积一层厚度不高于20微米的薄膜，并在这层薄膜中制作PN结(或PIN结)等形成的太阳能电池。目前已实现产业化的薄膜电池包括硅基、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三大类。

　　薄膜电池技术中，硅基薄膜太阳能电池产业化较早、技术比较成熟，目前规模化生产转换效率可达8%-10%。通过表面结构优化等技术提升，量产硅基薄膜组件还可能保持每年0.2%-0.5%的效率增长，但增长速度呈现放缓态势。

　　近几年来， CIGS薄膜太阳能电池产业化技术迅速发展，基本保持每年1%-1.5%的效率提升，并带动成本不断下降。目前CIGS薄膜太阳能电池的实验室转换效率已达21.7%，组件全面积转换效率接近16%。CIGS薄膜技术可制成柔性组件，具有非常强的市场竞争力。

　　具有超高转化效率砷化镓(GaAs)薄膜太阳能电池(单结效率28.8%)。凭借着其技术的先进性，在特殊的应用场景将具备很大的发展潜力。随着规模化生产带来的成本降低，未来大规模应用于太阳能汽车、航天、电子产品等高端领域。

　　光伏技术的持续进步推动了光伏市场的细分化程度不断升高，除应用于地面电站、分布式等传统光伏市场外，具有可透光、可调整色彩、可采用柔性衬底、可弯曲、可粘贴安装、温度系数低等独有特点的各类薄膜太阳能技术在与建筑物、移动能源等领域的跨界融合应用方面开始展现生机。可见，从光伏技术的持续进步和满足市场多样化需求方面，全球光伏市场呈现薄膜化、柔性化的趋势将更为显著。

　　集团薄膜技术与应用。汉能是目前全球薄膜发电领域规模最大、技术最全面、研发实力最雄厚的高科技清洁能源企业，拥有国家级“高新技术企业”称号和“博士后科研工作站”;公司在全球建立8个研发中心，致力于薄膜发电技术、应用产品等创新和研发;公司吸引了大批世界级科学家、青年技术骨干及工程技术人员。汉能已形成了高端装备制造、薄膜技术研发、新材料、组件生产、应用产品研发、产品销售等全产业链。近年来作为薄膜技术的全球整合者，集团充分利用分布在全球多地的8个研发中心对美国Miasole CIGS技术、德国Solibro CIGS技术、美国Globle Solar Energy(GSE) CIGS技术、美国Alta Devices GaAs技术进行了并购后的整合吸收和再创新，强化了核心技术竞争优势。

　　目前，汉能已形成了硅基、柔性溅射CIGS、柔性共蒸 CIGS、硬衬共蒸 CIGS及柔性GaAs五条薄膜太阳能电池技术路线。

　　硅基技术：汉能通过自主研发设计，通过产品的二次开发，可规模化生产出不同形状、不同颜色、不同结构的应用产品，硅基薄膜技术被认为是应用于BIPV的优选方案。

　　铜铟镓硒技术：汉能通过对三家海外CIGS技术并购和自主创新、依托技术装备的国产化提升，CIGS薄膜技术已达到国际领先水平，成为CIGS技术的全球领导者。三种CIGS技术可互为补充，并针对不同市场领域各有侧重。

　　砷化镓技术：通过技术吸收，汉能的GaAs薄膜太阳能技术创造了转换效率的世界记录(单结产品转换效率28.8%，双结产品的转换效率为31.6%)。在扩大美国产线能力的基础上，未来该技术在国内也将逐步实现产业化规模生产。随着成本的不断降低，GaAs技术将为汉能引领全球薄膜发电，开创人类移动能源时代奠定产品基础。

　　技术应用：汉能5种薄膜技术路线各具不同的性能特点及优势，尤其是在与各类民用产品相结合的移动能源市场，更能充分展现广阔的市场前景和适用性。为了充分体现各类薄膜技术的不同应用优势领域，我们结合集团产品线规划及各类细分市场规模调研，将集团薄膜技术与产品线进行了合理匹配，如图1所示，在优先满足全球客户对各类产品需求的同时，也能保证汉能薄膜业务收益的最大化。 凭借领先的薄膜技术，正在开展十几种产品线的开发与持续升级。户用发电、地面电站属于常规竞争市场;BIPV及农业应用属于非常规竞争市场;汽车应用、电子产品、户外用品、商用无人机及特种产品属于移动能源市场，是汉能独有的蓝海市场。常规竞争市场、非常规竞争市场、移动能源市场三类市场的潜在市场规模及利润率将依次上升，是光伏技术及市场应用未来的发展方向，也体现汉能薄膜发电业务的战略方向。

　　集团薄膜技术路线简介

　　硅基薄膜技术硅基薄膜太阳能电池由透明氧化物膜(TCO)、硅基薄膜PIN、背电极金属薄膜层组成，基底可以是玻璃、不锈钢、特种塑料等多种材料。

　　在单结硅基薄膜组件的基础上，汉能自主开发的三结电池结构，能够有效增加光的吸收范围，减少初始光致衰减，规模化生产光衰稳定后的效率达到8.2%。汉能通过对欧瑞康(Oerlikon)的技术整合，开发的非微晶硅基双结叠层组件转换效率可达10%以上。

　　双层玻璃封装刚性的硅基组件可以根据需要制作成不同透光率的产品，代替玻璃幕墙;通过对工艺设备的改造，实现了透光型、彩色型等各种BIPV组件的规模化生产。目前汉能自主开发了七大类数十种BIPV组件产品，已全部通过国家CCC强制认证，取得了绿色建筑选用产品认证。

　　·透光型组件实现5%到40%的不同透光率，满足各种建筑采光需求;

　　·彩色型组件拥有17种不同颜色，可实现颜色、质感与整座建筑的完美结合;

　　·中空型组件，提供满足建筑节能要求的中空光伏组件系列产品;

　　·超大型组件，解决了不同建筑对尺寸、规格的需求，扩展了BIPV应用范围;

　　·汉能还研发了异型、轻质型、柔性等组件，全面满足现代建筑的多元化需求。

　　除了可以广泛应用于地面电站、户用分布式发电市场外，多样化的硅基产品在与建筑结合方面更能展现其广阔的应用前景。

　　柔性CIGS 溅射技术(Miasole 技术)

　　在柔性衬底上通过精确地调节各元素配比、利用溅射技术制备金属CuIn 或CuInGa 预制层，然后再对其进行硒化处理，电池间连接使用独特的低阻抗栅线技术(Ultra Wire)，可以制备出均匀性好，致密度高，薄膜与衬底附着力强的CIGS 薄膜。

　　汉能在2012 年成功收购全球领先的美国CIGS 薄膜企业Miasole，可基于不锈钢衬底进行柔性CIGS 电池和柔性组件的开发，产线采用不破真空的连续溅射方式。与此同时Miasole 生产所用的关键物料，如铜铟镓靶材等均是自主开发且生产。目前小面积CIGS 电池转换效率达18.4%，柔性组件转换效率已接近16%;2015 年柔性CIGS 组件的效率目标为17%，该技术是目前世界最高量产转换效率的柔性薄膜技术。

　　汉能成功地将Miasole 技术装备、相关配套设备进行国产化，已具备规模化产品的生产能力。Miasole电池阵列可以根据客户定制的需要，封装成柔性组件或刚性组件，其柔性化和薄膜化的技术特点使得产品具备设计灵活性，与晶硅组件相比，更具有安装方便、无需支架，重量轻、有效增强抗风能力、能够广泛应用于荷载要求较高的轻钢屋顶市场。

　　结合Miasole组件的转化效率高、柔性等特点，可广泛应用于柔性屋顶、汽车、移动充电、集成电子等方面。

　　柔性CIGS共蒸技术(GSE技术)

　　该技术系采用多元素共蒸发的方式，在柔性衬底上沉积铜铟镓硒功能膜层。2013年汉能成功收购全球柔性CIGS技术领先的美国GSE公司，其独特的量产化柔性产品封装技术，尤其是后续研发成功的ICI(集成芯片互联)技术，在全球处于领先地位。ICI封装技术不仅可以降低成本、提高转换效率，还能够降低工艺复杂度、提高组件可靠性。

　　目前GSE的CIGS电池转换效率为16.8%(68.8cm2), 利用 ICI技术封装的柔性CIGS组件平均转换效率超过14.1%，2015年柔性CIGS组件转换效率目标为15.5%。

　　该技术的优势在于材料利用效率高，初始物料成本低，可全自动生产，阻水耐用性很强。因此可广泛应用于特种领域、太阳能背包、户外帐篷、移动充电、集成电子、可穿戴产品等移动能源领域。

　　硬衬CIGS共蒸技术(Solibro技术)

　　该技术系采用多元素共蒸发方式，在玻璃衬底上沉积铜铟镓硒功能膜。2012年汉能成功收购CIGS薄膜企业Solibro，其多元共蒸的核心技术可灵活改变工艺流程来控制成膜组分及禁带宽度，适合制备高效率的薄膜电池，可得到表面更加光滑的CIGS薄膜。

　　目前Solibro的铜铟镓硒(CIGS)电池实验室转化效率达21%，并得到德国弗劳恩霍夫(Fraunholfer ISE)太阳能系统研究院确认;量产转化效率达到17%，并以平均每年1%的速度提高，是目前世界量产效率最高的共蒸发铜铟镓硒玻璃基薄膜技术。

　　Solibro组件在恶劣气候环境及高温条件下发电性能优越，经实际数据验证，澳大利亚沙漠中心的光伏电站实际发电量较设计值高7%。Solibro组件统一黑色外观，整体协调性使其更适合于光伏建筑应用。随着技术的提升和成本的降低，Solibro组件主要应用于户用发电、BIPV和地面电站等领域。

　　柔性GaAs薄膜技术(Alta Devices)

　　该技术系采用金属有机气相沉积(MOCVD)设备，在GaAs 衬底上生长电池膜层后做背电极，再将PET柔性衬底层压到背电极，最后将GaAs衬底剥离。2014年汉能成功收购全球技术领先的GaAs薄膜企业Alta Devices，GaAs的禁带较硅材料更宽，使得它的光谱响应和空间太阳光谱匹配能力更好。因此，单结的GaAs电池理论效率超过30%，多结的GaAs电池理论效率超过50%，相比而言，晶硅电池的理论效率约为23%。

　　经美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)认证的Alta Devices的砷化镓(GaAs)单结薄膜电池转换效率达到28.8%，双结达到31.6%。

　　基于其转换效率高、温度系数低、超轻、超薄、可弯曲、形状可塑、高温环境表现优异等特性，GaAs技术特别适用于太阳能汽车、电子产品、航天、军用等应用领域。

　　将Alta Devices世界领先柔性薄膜电池的研发能力与汉能的优势资源整合，可促进GaAs薄膜电池的生产成本逐步降低，并推动大规模生产应用，从而为汉能开发太阳能全动力汽车、商用无人机奠定了坚实的技术基础。

　　以幕墙BIPV市场为例，其未来三年全球潜在累计容量预计超过75GW。汉能作为集设计、研发、生产、集成、施工及运维一体化的BIPV解决方案提供商，具有多样性的产品开发能力，在应用空间广阔的BIPV市场领域具有非常强的市场竞争力。

　　以农业设施产品为例，其未来三年全球潜在市场的累计容量将超过44GW。目前光伏设施农业的同质化竞争非常激烈，如何进行差异化产品的开发是光伏设施农业竞争的关键。汉能的透明背电极(硅基)薄膜组件凭借着独特的光谱波段响应，即可透过对植物生长和种子形成有促进作用的红橙光和红外光，硅基薄膜组件应用于农业设施具有独特的产品优势。

　　在高端细分市场，凭借着薄膜的轻便、高效、柔性、美观等特点，薄膜太阳能产品应用于汽车领域可催生一个巨大的蓝海市场，该市场领域具有高附加值。

　　薄膜太阳能未来展望

　　相比于目前占据较高市场份额的晶硅光伏技术，薄膜太阳能技术由于理论效率高、材料消耗少等被称为第二代光伏技术，尤其是铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池易形成好的背电极和高质量的PN结，发展前景巨大。而在柔性衬底上制备的薄膜电池，具有可卷曲折叠、不怕摔碰、重量轻等独特优势。可以说，薄膜太阳能产品可完美展现光伏发电优势，推动光伏发电由晶硅时代的规模化、工业化发电，逐渐走向移动化、个体化，真正使得光伏发电与人类的生产、生活密切的联系起来，从而大幅拓宽了光伏发电的应用领域和市场规模。

　　随着薄膜太阳能产品的成本不断降低，转换效率及稳定性不断提高，应用范围不断拓展，坚信光伏发电尤其是薄膜太阳能发电技术，必将成为人类能源利用的主流，开创出人类移动能源时代。今后，随着技术进步，成本不断下降，移动能源将惠及千家万户。移动能源和薄膜发电彻底颠覆了人类传统能源利用的方式，它不是一种概念和未来的设想，而是正在发生的现实。抓住这个战略机遇，中国完全可以在第三次工业革命中领先一把，开创人类移动能源时代。据测算，移动能源、薄膜发电的直接市场规模超过8万亿元，是我国汽车产业的3-5倍，将会形成我国经济新的增长极。