破解薄膜太陽能“中國式”困境：自主創(chuàng)新與引進(jìn)技術(shù)并重

　　近日，一則來自美國光伏巨頭FirstSolar的消息再次引發(fā)業(yè)界對薄膜太陽能前景的關(guān)注，據(jù)該公司宣布，其碲化鎘(CdTe)薄膜光伏組件的轉(zhuǎn)換效率首次超越多晶硅組件，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的18.6%。業(yè)內(nèi)專家表示，當(dāng)晶硅技術(shù)達(dá)到其理論上的轉(zhuǎn)換效率上限時，薄膜技術(shù)創(chuàng)新仍有較大提升空間，未來太陽能光伏將走進(jìn)薄膜時代。然而，我國薄膜技術(shù)水平與國外差距較大，國內(nèi)薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然緩慢也引起業(yè)界擔(dān)憂，薄膜太陽能的“中國式”困境亟需尋求破解之道。

　　薄膜太陽能的有利與不利眾所周知，晶硅和薄膜是太陽能光伏電池的兩大主要技術(shù)陣營?！澳壳肮夥a(chǎn)業(yè)中主流的電池產(chǎn)品為多晶硅電池，但成本過高?！碧柲茈姵仡I(lǐng)域知名專家、清華大學(xué)教授張弓表示，要想解決光伏產(chǎn)業(yè)中太陽能電池成本過高的問題，就要想辦法提高光電轉(zhuǎn)化效率和降低制造成本，那么，薄膜化則成為太陽能電池發(fā)展的必由之路。

　　薄膜太陽能技術(shù)最主要的競爭優(yōu)勢是在成本。由于薄膜材料需要的反應(yīng)溫度低，可以在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上淀積，易于大面積連續(xù)化生產(chǎn)，材料、器件、商品化的組件在一個車間內(nèi)同時完成，節(jié)省了許多工序。同時，太陽能電池實現(xiàn)薄膜化后，用硅量極少甚至沒有，能極大的節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料，也更容易降低成本。

　　其次，與晶硅太陽能電池比較，薄膜太陽能電池產(chǎn)品更加多元化，在一些不適應(yīng)用晶硅電池的領(lǐng)域，薄膜電池更能發(fā)揮作用，比如在建筑屋頂、半透明外墻、遮陽系統(tǒng)等領(lǐng)域。由于柔性特點，薄膜太陽能電池甚至可以做在衣服上面、帳篷上面，而高效率的特點，使得薄膜太陽能電池可以應(yīng)用于飛機(jī)、飛艇、太陽能電池汽車等領(lǐng)域。

　　但是，薄膜電池的廣泛應(yīng)用也有市場障礙，當(dāng)前多晶硅缺料的問題正在緩解，價格也大幅下降，這勢必沖擊各類薄膜電池在成本上的優(yōu)勢。此外，有資料顯示，薄膜太陽能電池的設(shè)備投資，幾乎是晶體硅電池設(shè)備投資額的10倍，籌資難度增高。

　　中國薄膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程目前，制造薄膜太陽能電池的生產(chǎn)技術(shù)非常多，已實現(xiàn)量產(chǎn)的技術(shù)主要有非晶硅、碲化鎘(CdTe)，銅銦鎵硒(CIGS)三種，另外還有染料敏化、砷化鎵、高分子聚合物材質(zhì)等不同薄膜太陽能電池技術(shù)，但均未達(dá)到量產(chǎn)條件。其中非晶硅薄膜太陽能電池技術(shù)發(fā)展最早、所占市場份額最大，也是目前中國廠商發(fā)展薄膜太陽能電池的主要方向。

　　我國從上世紀(jì)80年代中后期就已引進(jìn)非晶硅電池技術(shù)，哈爾濱科羅拉太陽能電力公司成為當(dāng)時最早引進(jìn)非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線的發(fā)電企業(yè);九十年代初，深圳宇康太陽能電池公司(拓日前身)引進(jìn)第二條1MW非晶硅薄膜太陽電池生產(chǎn)線;九十年代中下期，深圳創(chuàng)益、深圳日月環(huán)等多家企業(yè)紛紛復(fù)制宇康公司生產(chǎn)線，非晶硅電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展態(tài)勢。不過這段時期的產(chǎn)品均為單結(jié)非晶硅薄膜電池組件，產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率只有3%-5%。

　　進(jìn)入本世紀(jì)后我國非晶硅電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時期。自2004年天津津能開始引進(jìn)2.5MW技術(shù)水平更高的微非迭層電池(a-Si/uc-S)生產(chǎn)線后，常州源暢、贛能股份、河北新奧集團(tuán)、煙臺通用光伏、南通強(qiáng)生光電、保定天威集團(tuán)等廠商，紛紛宣布涉足薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)，并在2007-2008年掀起了一波薄膜太陽能電池投資熱。2009年民營清潔能源巨頭漢能控股集團(tuán)正式進(jìn)軍太陽能領(lǐng)域，并在四川、廣東、海南、浙江、山東、江蘇等地迅速建成薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)研發(fā)制造基地，截止2012年底總產(chǎn)能已達(dá)到3GW。

　　由此，中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)格局發(fā)生重大變革，薄膜太陽能電池占整個中國太陽能電池產(chǎn)能的比例，根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究所預(yù)計，將有望超過20%。而經(jīng)過多年的自主研發(fā)，我國的非晶硅電池組件的轉(zhuǎn)換效率也提高至6%~10%，并得到發(fā)達(dá)國家的認(rèn)可。

　　CIGS遭遇“中國式”困境以FirstSolar為代表的CdTe技術(shù)線路，雖然達(dá)到多晶硅組件的轉(zhuǎn)換效率，仍難以避免人們疑慮Cd污染影響其推廣使用。在此情形下，兼具高轉(zhuǎn)換率和低材料成本的CIGS被視為性價比最高的薄膜太陽能電池備受推崇。全球第一個CIGS薄膜太陽能電池商業(yè)化量產(chǎn)實現(xiàn)者為日本的SolarFrontier，其2007年初始轉(zhuǎn)換率為13%，如今更是提高至15%以上。

　　相比起來，中國國內(nèi)CIGS產(chǎn)業(yè)起步更晚，受生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)瓶頸的制約，產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直緩慢。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2001年以前國內(nèi)從事CIGS薄膜太陽能電池研究的單位極少，稍有影響的是天津南開大學(xué)光電子所和清華大學(xué)機(jī)械工程系功能薄膜研究室。南開大學(xué)光電子所教授孫云此前就表示，“從技術(shù)成熟度和生產(chǎn)成本上看，CIGS的產(chǎn)業(yè)化前景十分明朗，且其很多優(yōu)勢(輕柔等)是晶硅所不具備的，將來的應(yīng)用前景將會更加廣闊?！彼粲酰瑖H薄膜價值鏈已經(jīng)逐步形成，中國企業(yè)需要提早布局規(guī)劃。

　　時至今日，國內(nèi)確有多家企業(yè)參與到CIGS產(chǎn)業(yè)的投資中來，其中漢能薄膜發(fā)電更是通過一系列CIGS技術(shù)并購，成為全球領(lǐng)先的薄膜太陽能企業(yè)。另據(jù)行業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測，2015年中國CIGS薄膜太陽能電池總產(chǎn)能接近2GW，幾乎是目前全球所有CIGS薄膜廠商產(chǎn)能的2倍。這是否意味著中國CIGS薄膜太陽能的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將步入快車道?答案并非那么簡單?！芭c晶硅電池成熟的產(chǎn)業(yè)供需及配套大環(huán)境相比，中國CIGS薄膜廠商‘零敲碎打’、‘孤軍奮戰(zhàn)’的境遇顯而易見。”O(jiān)Fweek行業(yè)研究中心高級分析師馮輝說道。

　　自主創(chuàng)新與引進(jìn)技術(shù)并重不可否認(rèn)，中國在發(fā)展CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)上具有得天獨厚的有利條件。首先我國是全球最大的稀有金屬銦、鎵資源儲備和產(chǎn)出國，CIGS薄膜電池量產(chǎn)所需材料可以100%自給;其次，基于CIGS在下游終端市場的表現(xiàn)和上游制造環(huán)節(jié)的技術(shù)優(yōu)勢，CIGS產(chǎn)業(yè)化大綱早被國家科技部列為“十二五”光伏規(guī)劃中，正在編制的“十三五”光伏規(guī)劃，應(yīng)再次把CIGS薄膜電池技術(shù)作為我國未來發(fā)展重大科技項目。

　　但在孫云教授看來，相對資源和政策上的優(yōu)勢，CIGS技術(shù)的不斷進(jìn)步，才能在與晶硅技術(shù)的競爭中持續(xù)保持優(yōu)勢。但對于起步相對較晚的國內(nèi)CIGS產(chǎn)業(yè)而言，生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)瓶頸的制約也是顯而易見。在此背景下，我國發(fā)展CIGS薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)需要兩條腿走路：一是堅持核心技術(shù)自主創(chuàng)新，設(shè)備全球采購;二是對國外先進(jìn)生產(chǎn)線進(jìn)行“引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新”。

　　如果說攻克CIGS薄膜生產(chǎn)設(shè)備是突破產(chǎn)業(yè)化最主要的技術(shù)瓶頸，那么引進(jìn)生產(chǎn)線是在高起點平臺上自主創(chuàng)新加快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有效途徑。作為國內(nèi)CIGS技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的先行者，孫云教授很清楚目前國內(nèi)CIGS技術(shù)要取得突破的難度所在。他認(rèn)為，中國企業(yè)在此時收購國外最先進(jìn)技術(shù)及生產(chǎn)線，將其在中國落地，消化吸收再創(chuàng)新實現(xiàn)國產(chǎn)化，可使我國CIGS產(chǎn)業(yè)迅速達(dá)到世界前沿，大大縮短商品化時間，這也是我國快速發(fā)展的有效途徑之一。

　　在薄膜發(fā)電領(lǐng)域，漢能的一系列技術(shù)并購已經(jīng)被證明是一個成功的案例。2012年3月，漢能控股集團(tuán)收購了德國Q.cellsSE公司的子公司Solibro;在接下來的兩年時間里，漢能控股集團(tuán)先后將美國Miasole、GlobalSolarEnergy和AltaDevices三家公司收至麾下。四家海外公司中，主攻CIGS的Miasole公司和主攻砷化鎵(GaAs)高效柔性薄膜技術(shù)的AltaDevices公司代表了當(dāng)前世界在太陽能領(lǐng)域的頂尖水平，將成為漢能試圖進(jìn)行技術(shù)嫁接的新跳板。

　　此外，孫教授還指出，CIGS作為薄膜發(fā)電最有前景的技術(shù)路線，本身有很多發(fā)展分支。每家企業(yè)所研發(fā)的銅銦鎵硒產(chǎn)品，它們各有各的技術(shù)優(yōu)勢?！跋Ｍ~銦鎵硒不要再重蹈晶硅覆轍，拒絕價格戰(zhàn)，每家企業(yè)在各自的適用領(lǐng)域充分發(fā)揮不同產(chǎn)品的技術(shù)特性，共同把薄膜的行業(yè)盤子做大。”