綠色低碳是“十四五”期間重要發(fā)展目標(biāo)，根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2018年我國(guó)建筑全生命周期能源消耗總量為21.47億tce（噸標(biāo)準(zhǔn)煤），占全國(guó)總量46.5%，建筑全生命周期碳排放量49.3億噸CO2，占全國(guó)碳排放總量的51.3%。

建筑光伏將有助于建筑領(lǐng)域減少碳排放。建筑光伏按方式可分為BAPV（在現(xiàn)有建筑上安裝）和BIPV（光伏建筑一體化）。BIPV的重點(diǎn)在于光伏組件建材化，在外形上與建筑渾然一體。BIPV憑借其在安全性、觀賞性、便捷性和經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)，有望成為未來建筑光伏主要發(fā)展方向。

從光伏電池的發(fā)展歷程來看，硅基電池屬于第一代，是目前光伏市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。薄膜類光伏電池屬于第二代，是當(dāng)前最具備發(fā)展前景的，包括碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）和砷化鎵（GaAs）薄膜電池。第三代從形態(tài)來說也屬于薄膜類電池，包括鈣鈦礦、染料敏化、有機(jī)太陽(yáng)電池、量子點(diǎn)電池等，其中鈣鈦礦最有希望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

薄膜類BIPV光伏電池具備更佳的弱光性和溫度系數(shù)，碲化鎘薄膜光伏電池是建筑光伏幕墻的理想材料

目前BIPV光伏組件可分為兩大類：晶體硅和薄膜類。薄膜類光伏電池又分為三大類：硅基類薄膜光伏電池、多元化合物類薄膜光伏電池、有機(jī)類薄膜光伏電池。其中薄膜類電池相比晶體硅電池雖然轉(zhuǎn)換效率低，但透明度可調(diào)，并具有較好的弱光性和溫度系數(shù)，使其在高溫環(huán)境和弱光下表現(xiàn)更好。根據(jù)龍焱能源數(shù)據(jù)，在低光照地區(qū)，同樣裝機(jī)量的碲化鎘薄膜電池發(fā)電量反而比硅基多發(fā)5.4%。

薄膜電池既可以按照傳統(tǒng)工藝制成常見的標(biāo)準(zhǔn)化剛性組件，也可以根據(jù)需要生產(chǎn)柔性電池用于曲面屋頂，還可以做成可攜帶的折疊式電源，供給計(jì)算機(jī)、通信等移動(dòng)設(shè)備使用。碲化鎘電池是目前薄膜類電池中商業(yè)化程度最高，其理論效率達(dá)32%，實(shí)驗(yàn)室組件效率已達(dá)22%，規(guī)模化量產(chǎn)達(dá)到18%，成本可與晶硅產(chǎn)品抗衡。另外還可以與建筑材料結(jié)合用于BIPV市場(chǎng)。由于全球產(chǎn)能較低，碲化鎘光伏電池預(yù)計(jì)未來一段時(shí)間內(nèi)將持續(xù)處于產(chǎn)能擴(kuò)張階段。

碲化鎘薄膜光伏電池活性材料消耗少，工藝流程短

薄膜光伏雖然效率低于硅基電池，但由于活性層用量少，生產(chǎn)成本反而可能會(huì)更低。原因在于其活性材料吸光能力強(qiáng)。按照材料學(xué)分類，晶體硅屬于間接帶隙半導(dǎo)體，而薄膜電池的活性材料幾乎全部是直接帶隙半導(dǎo)體，其吸光能力較硅晶體硅高出至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所以薄膜電池的活性材料用量?jī)H有晶硅的1%左右即可實(shí)現(xiàn)幾乎一樣的吸收能力。當(dāng)前占市場(chǎng)90%以上的硅基電池活性層約180μm至200μm，而薄膜電池則僅為1μm至2μm左右，并可以做成柔性組件配合建筑幕墻進(jìn)行定制化生產(chǎn)。

薄膜電池的生產(chǎn)線非常集約，晶硅電池的產(chǎn)業(yè)鏈包括多晶硅、硅片、電池片和組件四大工序，除最后的組件外其他三個(gè)環(huán)節(jié)均為重資本投入，GW投資超越十億元人民幣，且流程高度復(fù)雜。相比之下，薄膜光伏電池生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，盡管薄膜電池當(dāng)前GW產(chǎn)能投資高于晶體硅，但是規(guī)模化量產(chǎn)后可以快速降低。

圖1：碲化鎘薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)

（資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心整理）

碲化鎘（CdTe）薄膜光伏電池中起透光和導(dǎo)電的作用的是透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜。TCO薄膜在有效收集電池的電流同時(shí)，其高透和減反射的功能讓大部分太陽(yáng)光進(jìn)入吸收層。TCO玻璃工藝主要分為超白浮法玻璃生產(chǎn)、TCO鍍膜。超白浮法玻璃生產(chǎn)工藝難度較高，目前世界上主要供應(yīng)商有日本旭硝子、美國(guó)PPG、法國(guó)圣戈班等，國(guó)內(nèi)供應(yīng)廠家目前僅金晶科技、南玻股份和信義。

碲化鎘薄膜沉積方案是技術(shù)核心，目前中建材和龍焱能源擁有小規(guī)模完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)線

沉積工藝是薄膜電池核心工藝環(huán)節(jié)，也是決定最終組件性能最關(guān)鍵的一步。薄膜的沉積技術(shù)有多種路線，其中氣相輸運(yùn)沉積（VTD）技術(shù)和近距離升華（CSS）技術(shù)最適合于工業(yè)化生產(chǎn)。從全球碲化鎘薄膜電池制造技術(shù)角度看，VTD是美國(guó)First Solar公司的獨(dú)家壟斷技術(shù)。CSS由于技術(shù)公開，是全球大部分企業(yè)都采用的技術(shù)。另外常壓物理氣相沉積（APPVD）技術(shù)由美國(guó)Solar Fields公司和其子公司德國(guó)Calyxo掌握。目前全球范圍內(nèi)有量產(chǎn)能力的碲化鎘電池的企業(yè)僅有美國(guó)First Solar、德國(guó)Calyxo、中國(guó)的龍焱及中建材光電，其中能夠大規(guī)模量產(chǎn)的碲化鎘薄膜光伏組件的企業(yè)只有First Solar，其產(chǎn)量約占全球95%以上。

我國(guó)的龍焱能源目前掌握了包括其首創(chuàng)的改良型近距離升華沉積技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)核心產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)制造能力，其碲化鎘薄膜組件產(chǎn)品已獲得包括歐洲TUV Nord、美國(guó)UL、中國(guó)金太陽(yáng)、澳洲CEC列名，加州CEC等知名認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證，擁有年產(chǎn)40MW碲化鎘組件的全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)線。中建材方面，成都中建材在2018年4月已經(jīng)投產(chǎn)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的80MW碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線，除此之外，中建材（株洲）光電材料有限公司年產(chǎn)300兆瓦碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃生產(chǎn)線項(xiàng)目將于2021年12月正式完工。

結(jié)語(yǔ)

總體而言，薄膜電池經(jīng)過多年技術(shù)積累，目前作為第二代光伏電池的碲化鎘（CdTe）電池的成本已經(jīng)有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。在國(guó)產(chǎn)替代方面，由于薄膜電池行業(yè)的高技術(shù)壁壘和非標(biāo)準(zhǔn)化特性，其對(duì)傳統(tǒng)晶硅電池的替代或者顛覆將是一個(gè)長(zhǎng)期過程，但是以龍焱能源和中建材為代表的產(chǎn)業(yè)鏈上具有核心技術(shù)的企業(yè)值得持續(xù)關(guān)注。第三代光伏電池中鈣鈦礦電池目前在穩(wěn)定性和量產(chǎn)方面還存在技術(shù)難點(diǎn)沒有解決，但是獲得的資本關(guān)注較多，因此其相關(guān)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破值得期待。