鋰電世界  日前，工業和信息化部發布了《產業關鍵共性技術發展指南（2015年）》，確定優先發展五大類205項產業關鍵共性技術。備受太陽能光伏市場關注的薄膜電池生產技術，“支持CIGS銅銦鎵硒薄膜電池生產工藝技術研發，特別是大規模柔性銅銦鎵硒卷對卷連續生產工藝，提升轉換效率，降低生產成本”被納入指南。

     CIGS電池發明與硅薄膜及碲化鎘電池是同一時期，但商品化步履維艱，主要是由于其材料結構及科學機理與傳統的硅半導體有著很大的不同，相對于傳統半導體材料結構及導電機制等諸多問題是全新的，人們在屢屢失敗中逐步認清其本質。與此同時，多元化合物多晶半導體制備技術，也是在科學機理認知過程中摸索創新逐步發展起來的。

    經過幾十年的發展，CIGS電池的材料和器件機理越來越清晰，電池的優越性能越來越明顯，實驗室所創造的電池紀錄不斷刷新，如今已明顯超過目前光伏市場主流產品多晶硅電池。與此同時其產業化技術進展不斷加快，生產技術趨于成熟。南開大學光電子研究所博士生導師孫云教授所言，“CIGS薄膜太陽電池產業化核心技術已被歐美國家突破，下一步主要是降低成本，繼續提高組件效率，優化設備與工藝使之更加成熟穩定。”因此，CIGS薄膜電池產業化完善技術，擴大產能降低成本，使之成為光伏市場主流產品之一將是一種必然趨勢。

     CIGS前景可期誰來做？

    為在新常態經濟環境中有效推動能源革命進程，中國政府將發展光伏產業作為新的增長點，服務能源結構調整，改善生態環境，建設美麗中國。在2015中國光伏大會上，國務院參事、中國可再生能源學會理事長石定寰認為，在“十三五”期間，我國光伏產業不僅要在產業規模上有所發展，更要在全產業鏈的各個環節上提升競爭力，特別是要掌握核心技術，使產業不斷升級換代。

    工業和信息化部副部長懷進鵬指出，光伏產業是半導體技術與新能源需求融合發展的戰略性新興產業，發展光伏產業，對調整能源產業結構，緩解環境保護壓力，實現經濟社會的健康、可持續發展具有重要意義。

    在經歷了前期階段性的困境后，今年以來，中國光伏產業持續回暖，電池組件的產量達31GW，同比增長32%。新增并網光伏裝機容量約10.5GW，累計裝機容量超過38GW，在中國18家多晶硅企業中，10家實現滿產，前10家組件企業平均毛利率超過15%。世界可再生能源理事會主席沃爾夫岡˙帕爾茨博士在《光伏的世界》中指出，在本世紀全球光伏市場起步之時，中國抓住機會進入了曾由歐洲主導的這一市場，使其產業得到發展。現在，光伏在電力市場上的競爭力顯著提高、價格明顯降低，主要歸功于中國大力發展光伏制造產業，而歐洲則沒有參與這一進程。

    光伏組件作為太陽能光伏電站的核心部分，是推動中國清潔能源產業升級的主要動力之一，太陽電池是新能源產業類中最先得到重視的商品，其發電能力及成本是光伏電站投資者最為關注的指標。也就是說，新產品確實符合應用環節的需求，且比老一代產品具有先進性和很好的性價比，投資者更愿意為此埋單。

    孫云教授認為，CIGS電池不同于傳統的硅基薄膜電池，其發電能力基本等同于晶硅電池，一旦產業化技術成熟，其產量達到GW量級，其度電成本必定要低于晶硅電池，而且制造過程的能耗和對環境的污染，大大低于晶硅電池。這種降低碳排放的生產制造，不僅是落實我國巴黎氣候大會承諾的具體行為，而且更符合清潔能源的真實本質。

    近年來CIGS薄膜電池技術的確取得了長足進步，漢能在德國的Solibro公司2014年4月份就宣布，CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽電池取得重大突破，其轉化率達到20.5%，并通過了美國可再生能源實驗室(NationalRenewableEnergyLaboratory)測試及認證。德國Manz集團更是將CIGS薄膜太陽電池的實驗室轉換效率刷新至21.7%，并且效率提升空間有望在近年突破25%。我國中科院深圳先進技術研究院采用共蒸法研制出超過20%轉化率的CIGS薄膜電池，也在向產業化推進。

    國內首例CIGS電站（云南石林1MW）運營商北京桑林藍天首席執行官王曉義向記者提供了一份各種光伏發電技術路線競爭比較圖，基本能說明了各種技術路線的優勢與不足。

    從成本上來看，早期業內對CIGS“高富帥”的印象也在不斷地修正。目前國內晶硅電池成本大概在3.6元/瓦。德國Manz集團測算，CIGS薄膜組件產能超過300MW，則組件生產成本可以做到人民幣2.5元/瓦，發電成本更是下降至0.05歐元（人民幣0.35元），其成本上將會低于晶硅太陽電池。

    采用分布式光伏發電其效能最高，薄膜光伏組件在光伏建筑一體化（BIPV）中具有一定的優勢和巨大的市場潛力。據國家統計局測算，到2020年我國城鄉房屋建筑面積約為890億平方米，以東、南、西墻墻面積的15%、屋頂面積的10%鋪上太陽電池板，直接市場規模超過10萬億元，間接市場規模達30萬億元，相當于我國汽車市場的3～5倍。即使按照10%的轉化率和平均每年1300個發電小時計算，裝機規模相當于368個葛洲壩或45個三峽電站，可替代全社會30%左右的年用電需求。“CIGS薄膜太陽電池轉換率高、性能穩定、制造成本低、抗輻射能力強、弱光發電性能好，色調黑色柔和，顯得高貴大氣。在光伏建筑一體化BIPV或者BAPV方面，單位面積的發電量上很占優勢，在垂直角度等不利于光伏組件發電的情況下，CIGS模組的弱光效應會體現得更為明顯，發電量比晶硅模組更高。若是制成輕質、可彎曲的柔性電池組件，具有晶硅電池無法實現的功能。”王曉義對記者說，一項新技術的由高尖端到實際落地甚至普及，由誰來主導，在市場普及推廣上非常重要。同時落地的時間節點也非常重要。最初，需要一些品牌去做普及的鋪路石，或者說是探路者。雖然在企業層面，漢能出現了一些問題，但在推廣方面還是有非常大的貢獻的，特別是在全球市場層面已經把CIGS打造成光伏未來技術的制高點和標桿。

    正如王曉義所說，“誰來做，很重要”。如“冥王星”和“熊貓”高效電池，就是當時在市場占據主導地位的無錫尚德、英利等品牌力推下才得以成功的。

    如果僅以“冥王星”和“熊貓”還不能說明問題的話，同為光伏產品的組串逆變器的普及亦是如此。早在，十多年前就有品牌就開始擎起組串式大旗，成為當時公認的組串逆變器普及旗手，但是緣于該品牌在光伏行業的影響力有限，最終直到2013年通信行業龍頭華為介入，全面開啟組串逆變器普及之路，組串型逆變器才從國內使用不足10%，迅速在兩年間上升到30%左右。

    歷史教訓：引進、吸收、自主研發才是“正道”

     CIGS雖然產品、概念出現較早，從技術層面來說被公認為代表未來方向，但始終未能形成產業。

    十幾年前由于歐美國家百萬屋頂計劃刺激了國際光伏市場，將高能耗和高污染的晶硅材料及晶硅電池產業技術和裝備向中國全面開放，由于硅原料的緊張，我國又將歐美已經逐漸淡出市場的硅基薄膜太陽電池生產技術重新拾起來，成為薄膜電池的主流產業，歐美國家專門為中國定制年產40MW產線以1億美元銷售給中國多條。但代表新技術的高效穩定的CIGS及CdTe薄膜太陽電池技術卻對中國實行嚴密封鎖，迫使我國只能自主研發。

    十年過去，數十家企業投入少則幾千萬元，多則數億元，都想獲得第一桶金，相互壁壘，孤軍奮戰。由于大家對于這種新型化合物薄膜太陽電池開發缺乏認知，沒有一家實現量產（其中有技術原因，也有非技術原因），數十億交了學費。

    2011年晶硅電池大幅度降低售價，歐美國家很難將CIGS電池成本降至具有競爭力，不得不將CIGS產業技術向中國開放。漢能借機收購了Solibro、Miasole及GlobalSolar生產線，中建材蚌埠玻璃工業設計研究院收購德國Avancis公司CIGS電池生產線，保密嚴格的Manz公司也對中國實施技術開放。由于漢能的高調運作，以及北京桑林公司在石林MW級示范電站所顯示的優異性能，使CIGS電池產業再度升溫，吸引一些央企、國企及大民企進行前期介入，產生了新一輪的投資熱潮。中建材聲稱投資百億將Avancis公司技術移植到中國實現1.5GW產能；國內煤炭龍頭企業神華集團正在進行引進數百兆瓦Manz產線的技術投資論證，還有一些不愿透漏的企業也在醞釀數百MW產線的引進。在孫云教授看來，收購或引進國外最先進技術及生產線，將其在中國落地，在世界頂尖級技術基礎上迅速發展，可節省5～8年自主研發時間，大大縮短商品化時間，是我國快速發展的有效途徑之一。在高起點上消化吸收實現國產化，繼續創新做強做大，必將使我國成為CIGS薄膜太陽電池產業大國和技術強國。

    目前CIGS主要有兩種技術路線，即“一步法”（共蒸鍍法工藝）和“兩步法”（濺射后硒化工藝法），德國Manz收購的Wurthsolar目前運營的30MW生產線使用的就是“一步法”，漢能收購的德國Solibro100MW生產線也是該工藝，全線依然在德國運營；日本SolarFrontier和中建材收購的德國Avancis產線均為“兩步法”，漢能收購的美國Miasole柔性CIGS產線是濺射與硒化合為一步完成，即在高襯底溫度和硒氣氛下進行反應濺射制備CIGS薄膜，相當于“一步法”，但原料是濺射靶材而不是蒸發的金屬顆粒。上述三種技術路線的產線已經或正在準備落地中國。問題是這三種工藝的核心設備，“一步法”的共蒸發沉積設備、高襯底溫度的反應濺射設備，以及“兩步法”的硒化爐我國都不能自主生產，且國外也沒有能夠提供完整設備的供應商，因為CIGS電池制造商不希望設備商掌握核心設備的全套技術，一臺設備由幾個設備商加工不同部件，電池制造廠集成組合調試。孫云教授對記者強調，CIGS未來在中國本土的落地，需要在核心設備上下功夫。他建議政府相關部門應在政策和資金上，對自主設備的研發制造加大支持力度。

    由于銅銦鎵硒薄膜是四元化合物半導體多晶薄膜，材料結構與導電機制與傳統硅類半導體有著本質不同。另外該類電池組件是由5層薄膜構成，某一層出現問題都會嚴重影響電池器件性能。雖然目前主要科學問題已經清楚，實驗室技術比較成熟，歐美準備進入或已經進入中國的產線，均能夠批量制造出組件產品。“向中國轉移的CIGS產線并沒有像美國FirstSolar生產碲化鎘（CdTe）電池那樣，試驗線成功后不斷以每年500MW產能迅速擴產到1.5GW，表明CIGS電池各產線技術還沒有達到不斷擴產的成熟度，若真能夠達到不斷擴產的技術成熟度，這些產線也絕對不會賣給中國。”孫云教授對記者說。因此他提醒產線收購引進者不可掉以輕心，應穩妥地分步實施量產，以中小規模引進消化吸收，在此基礎上發現問題、解決問題，優化提升再創新。在實現國產化中真正掌握核心技術，在技術提升中形成自主知識產權，擴充產能最終實現做強做大。

    歐洲技術封鎖為常態核心裝備國產化十分重要

    今年三月份，由歐洲光伏學術界與產業界創建了“CIGS Sharc25”計劃。其宗旨是研究和開發超過晶硅轉換效率的CIGS電池技術，其轉換率將達到25%。在最近歐洲布魯塞爾光伏技術平臺年會上針對歐洲光伏技術危機，又在討論制定一個X-GWP計劃，即要建立一個歐洲千兆瓦級工廠，集研發和制造一體化，選擇的技術路線原則上是最具顛覆性的技術。Sharc25計劃走研發，X-GWP千兆瓦級走制造，二者捆綁一體，第一個計劃資金已落實啟動，千兆瓦級計劃還在討論中未定。值得關注的是，歐洲“CIGS Sharc25”計劃，并沒有把Solibro（被漢能收購）和Avancis公司（被中建材收購）列入參與企業研發名單內，理由是這兩家公司已被中國公司收購，不屬于歐洲企業。在孫云教授看來，歐洲總是將不能帶來利潤或缺乏競爭力的技術轉給發展中國家，同時對于新技術也總是不斷地開創，牢牢把握制高點，新技術對于中國高度封鎖是很正常的。從“CIGS Sharc25”計劃可以看出，CIGS電池轉換效率提升仍有很大潛力，極有可能超過單晶硅電池，組件效率超過18%將不在話下。如果將硅薄膜電池產線的核心設備PECVD換成CIGS薄膜沉積系統，補齊其他工藝設備，若量產化技術達到硅薄膜電池產業化成熟度，其組件成本將會大大低于晶硅電池，如果銷售價格與與晶硅電池相同，其產線的利潤將會十分豐厚。由此可見，CIGS電池不僅在柔性組件方面具有優勢，而且玻璃基板的剛性組件也仍然有十分誘人的前景。工信部《產業關鍵共性技術發展指南（2015年）》所支持的薄膜電池生產關鍵共性技術，不僅僅是“大規模柔性銅銦鎵硒卷對卷連續生產工藝，CIGS銅銦鎵硒薄膜電池生產工藝技術研發，”還要解決量產化的瓶頸，即核心裝備國產化（這一點十分重要），在此基礎上提升轉換效率，穩定生產工藝，原材料國產化，擴充產能，以此來實現降低成本。

     CIGS電池產品和技術上的先進性帶來了未來前景，工信部將此列入了《產業關鍵共性技術發展指南（2015年）》，表明中央政府對此技術十分重視，央企、國企及大民企巨資投入，也表明CIGS電池產業春天已經到來。但要充分認識這一產業技術的復雜性，在消化吸收的基礎上突破核心裝備國產化瓶頸，形成規模經濟不僅是降低成本，而且實現了高效光伏電池低能耗、低排放規模化生產，這也正是國家所大力倡導的。