薄膜電池行業(yè)研究：誰(shuí)將成為中國(guó)薄膜電池領(lǐng)頭羊？1

當(dāng)前現(xiàn)狀：晶硅為主，薄膜為輔光伏發(fā)電的基本原理。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，即當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí)，某

些光線(xiàn)的光子會(huì)被半導(dǎo)體晶體吸收，形成空穴-電子對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部的

PN結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)

電場(chǎng)作用下，N型半導(dǎo)體的空穴往

P型區(qū)移動(dòng)，而

P型區(qū)中的電子往

N型區(qū)移動(dòng)，從

而形成

從

N型區(qū)到

P型區(qū)的電流。然后在

PN結(jié)中形成電勢(shì)差，由此形成了電源。光伏電池的分類(lèi)。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池可劃分為不同的類(lèi)別：按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為

同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基太陽(yáng)電池；按結(jié)晶狀態(tài)分類(lèi)，可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系

薄膜式兩大類(lèi)，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形；按所用材料分類(lèi)，還可分為晶硅太

陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池等。目前最

常用的分類(lèi)方法為按照材料進(jìn)行劃分電池類(lèi)型，主要分為晶硅以及薄膜電池兩大類(lèi)。晶硅電池：作為最早出現(xiàn)的光伏電池，被稱(chēng)為第一代半導(dǎo)體電池。由玻璃、EVA、電池

片、背板和電池板等組成。硅材料是一種半導(dǎo)體材料，太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要就是利用這種半導(dǎo)體的光電效應(yīng)形成空穴電子對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)作用下形成電流。晶硅電池包括

單晶硅及多晶硅兩種，其中單晶硅依靠效率優(yōu)勢(shì)，目前占絕對(duì)主導(dǎo)。薄膜電池：第二代太陽(yáng)能電池。薄膜電池是指在玻璃、柔性聚合物等基板上沉積一層厚

度不大于

20

微米的薄膜，并在這層薄膜中制作

PN結(jié)等形成的太陽(yáng)電池。薄膜太陽(yáng)電

池主要包括硅基薄膜、銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）、砷化鎵（GaAs）、鈣鈦礦

電池及有機(jī)薄膜電池等。當(dāng)前晶硅電池占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)。復(fù)盤(pán)過(guò)往光伏電池歷史，薄膜電池也曾占據(jù)重要位置，1988

年薄膜電池占比達(dá)到頂峰在

30%以上，但隨著光伏行業(yè)的快速放量以及晶硅電池的效

率持續(xù)提升以及成本逐步下降，薄膜電池雖然總量持續(xù)增長(zhǎng)但占比逐步下降。截至

2020

年，全球光伏電池市場(chǎng)中單晶硅電池占比約

80.4%、多晶硅

15.5%、薄膜電池約

5.1%。CdTe在薄膜電池中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)。依據(jù)

CPIA數(shù)據(jù)，2020

年全球薄膜太陽(yáng)電池的產(chǎn)能

接近

10GW，產(chǎn)量約為

6.48GW，同比增長(zhǎng)

5.5%。從產(chǎn)品類(lèi)型來(lái)看，2020

年碲化鎘

薄膜電池的產(chǎn)量約為

6.2GW，其中國(guó)外

6.12GW，國(guó)內(nèi)

80MW，在薄膜太陽(yáng)電池中占

比為

95.7%；銅銦鎵硒薄膜電池的產(chǎn)量約為

270MW，其中國(guó)外

220MW，國(guó)內(nèi)

50MW，

占比為

4.2%；硅基薄膜電池產(chǎn)量

10MW，占比不到

1%。性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯，碲化鎘電池成為主流。碲化鎘薄膜電池具有較低的制造成本，主要由

其電池結(jié)構(gòu)、原材料及制造工藝等方面決定的：首先，碲化鎘薄膜電池是在玻璃或是其它柔性襯底上依次沉積多層薄膜而形成的

光伏器件，相對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間，使制造成本明顯下降。據(jù)美國(guó)

FirstSolar數(shù)據(jù)顯示，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池組件全流程生產(chǎn)時(shí)間小于

2.5

小時(shí)。其次，碲化鎘的吸收系數(shù)在可見(jiàn)光范圍高達(dá)

105/cm，因此碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池

理論上吸收層厚度在幾個(gè)微米左右，原材料消耗極少。最后，碲化鎘屬于簡(jiǎn)單的二

元化合物系統(tǒng)，容易生產(chǎn)單相材料，制備方法容易實(shí)施，有效降低了制造成本，且

相對(duì)銅銦鎵硒的原料更容易獲得也更便宜。2

BIPV帶來(lái)薄膜電池放量新機(jī)遇BIPV的全稱(chēng)為建筑光伏一體化（BuildingIntegratedPhotovoltaic,

BIPV），即將光

伏組件集成于建材，實(shí)現(xiàn)建筑利用太陽(yáng)能的產(chǎn)品。在光伏發(fā)電端，隨技術(shù)的不斷進(jìn)步，

組件成本長(zhǎng)期持續(xù)保持下行趨勢(shì)，這使「光伏+建筑」的應(yīng)用場(chǎng)景逐步具備商業(yè)價(jià)值。分布式光伏剛剛起步。根據(jù)國(guó)家能源局，截至

2020

年底新增分布式光伏裝機(jī)

15.52GW，

其中戶(hù)用裝機(jī)在

10GW左右，其余基本為工商業(yè)裝機(jī)規(guī)模。據(jù)此，按照每平米裝機(jī)

200Wp計(jì)算，可得戶(hù)用裝機(jī)面積在

0.5

億平米，對(duì)應(yīng)住宅類(lèi)屋頂?shù)臐B透率為

12.3%；

工商業(yè)裝機(jī)面積

0.3

億平米，對(duì)應(yīng)滲透率在

10.6%；合計(jì)裝機(jī)面積

0.8

億平米，對(duì)應(yīng)滲

透率

10%左右。薄膜電池是

BIPV最優(yōu)選擇透光率可調(diào)且可滿(mǎn)足定制化的需求。生產(chǎn)晶硅電池時(shí)，制絨環(huán)節(jié)中硅片表面腐蝕量的不

同最終會(huì)導(dǎo)致電池片產(chǎn)生色差，常見(jiàn)的色差種類(lèi)包括紅片、花片和部分陰陽(yáng)片。將晶硅

電池封裝加工成

BIPV組件后，晶硅電池的色差會(huì)嚴(yán)重影響

BIPV組件的美觀(guān)性。即使

通過(guò)分選將顏色相近的電池片封裝在同一塊組件中，電池片的顏色決定晶硅組件主要是

深藍(lán)、淺藍(lán)等藍(lán)色系色彩，比較單調(diào)，無(wú)法滿(mǎn)足

BIPV建筑對(duì)色彩的多樣化需求。碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)技術(shù)及其生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)，電池組件透光率可調(diào)，尺寸大小

可定制、顏色圖案可變，色彩整體性強(qiáng)。如成都中建材通過(guò)激光細(xì)鏤空技術(shù)提高透光率

并通過(guò)

UV彩打玻璃疊層技術(shù)實(shí)現(xiàn)花紋的定制等。此外，晶硅電池的韌性相對(duì)不佳，很

難對(duì)其進(jìn)行弧面設(shè)計(jì)，大大限制了晶硅電池的應(yīng)用場(chǎng)景，而且晶硅電池因?yàn)楦叨葮?biāo)準(zhǔn)化

的原因，尺寸調(diào)整也較為不便。弱光性強(qiáng)且溫度系數(shù)低，適用性更好。CdTe是直接間隙材料，對(duì)全光譜吸收都較好，

所以在清晨、傍晚、積雪、積灰、霧霾等弱光條件發(fā)光效果明顯優(yōu)于間接帶隙材料的晶

硅電池。在較低輻照度下，碲化鎘比晶硅早發(fā)電

1

個(gè)多小時(shí)，說(shuō)明碲化鎘在弱光下有更高的電壓。此外碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池組件的溫度系數(shù)約為-0.21%/℃，晶硅電池的溫

度系數(shù)在-0.45%/℃左右。因此其發(fā)電量比標(biāo)稱(chēng)功率相同的晶硅電池多，也更適合于高

溫環(huán)境。當(dāng)組件工作溫度在

75℃時(shí)，發(fā)電能力比晶硅電池高出

15%。政策支持加速薄膜電池發(fā)展符合碳排放控制目標(biāo)，薄膜電池是更清潔的可再生能源。美國(guó)能源部布魯克文國(guó)家實(shí)驗(yàn)

室的科學(xué)家就鎘排放的問(wèn)題，系統(tǒng)地研究了多個(gè)常規(guī)能源和核能的單位發(fā)電量的重金屬

排放量，在太陽(yáng)能電池的分析中，考慮了將原始礦石加工得到制備太陽(yáng)能電池所需材料、

太陽(yáng)能電池制備和使用等全壽命周期過(guò)程，研究結(jié)果表明天然氣和碲化鎘排放量都處較低水平。此外依據(jù)

FirstSolar數(shù)據(jù)，碲化鎘電池相較晶硅電池具備，具有最小的碳足跡、

最快的能源回收時(shí)間和最低的行業(yè)生命周期用水。政策導(dǎo)向明確，部分地區(qū)已經(jīng)先行。2021

年

10

月

13

日，住建部正式發(fā)布了國(guó)家強(qiáng)制

性規(guī)范《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》，自

2022

年

4

月

1

日起實(shí)施。這是建

筑節(jié)能與可再生能源利用領(lǐng)域國(guó)家全文強(qiáng)制性規(guī)范。要求新建及改擴(kuò)建項(xiàng)目的可行性報(bào)

告及設(shè)計(jì)文件必須包含可再生能源利用及建筑碳排放分析報(bào)告，且施工圖設(shè)計(jì)文件必須

明確相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的技術(shù)要求；且要求光伏組件設(shè)計(jì)壽命高于

25

年，對(duì)不同電池的衰

減系數(shù)做出了明確要求。此外從地方政策看，2020

年

9

月安徽蚌埠發(fā)布《蚌埠市薄膜太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)品在建

筑上推廣應(yīng)用工作方案》，提出在新建公共建筑及居住建筑均需按照一定比例安裝薄膜

電池；近日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于支持北京城市副中心高質(zhì)量發(fā)展的意見(jiàn)》，大力推廣綠色

建筑，新建大型公共建筑執(zhí)行三星級(jí)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)、將安裝光伏設(shè)施作為強(qiáng)制性要求。綠色建筑及光伏相關(guān)補(bǔ)貼政策。近年來(lái)綠色建筑成為各地關(guān)注的重點(diǎn)，多個(gè)省份城市出

臺(tái)相關(guān)的補(bǔ)貼政策；此外多地也出臺(tái)了光伏發(fā)電的相關(guān)補(bǔ)貼，進(jìn)一步鼓勵(lì)可再生能源的

利用。對(duì)于綠色建筑的打分中，涉及到可再生能源發(fā)電的項(xiàng)目資源節(jié)約及提高創(chuàng)新中的

部分項(xiàng)目，合計(jì)占比總分?jǐn)?shù)的

13%。結(jié)合《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》的強(qiáng)

制要求，未來(lái)可再生能源利用會(huì)是個(gè)重要的方向。薄膜電池的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)性尚可薄膜電池發(fā)電量計(jì)算與影響系數(shù)。依據(jù)安徽發(fā)布的《薄膜太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化

技術(shù)規(guī)程》，薄膜太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化應(yīng)用在方案設(shè)計(jì)時(shí)，年發(fā)電量可按照以

下公式進(jìn)行估算：Ep=HA*

A*

ni*

K，

其中：HA——水平面太陽(yáng)輻照總量（kW·h/m2），計(jì)算年發(fā)電量時(shí)，應(yīng)為日均水平面太

陽(yáng)輻照量和年日數(shù)的乘積；A——計(jì)算范圍內(nèi)的薄膜太陽(yáng)能發(fā)電組件總面積（m2）；ni——組件轉(zhuǎn)換效率（%），由制造廠(chǎng)家提供；K——薄膜太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)綜合效率，綜合效率系數(shù)包括：光伏組件類(lèi)型修正系數(shù)、光

伏陣列的傾角、方位角修正系數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)可用率、光照利用率、逆變器效率、集

電線(xiàn)路損耗等。依據(jù)《規(guī)程》，晶硅組件的綜合效率系數(shù)

K在最佳傾角安裝時(shí)可取值

0.75~0.85。考慮到

薄膜太陽(yáng)能發(fā)電組件較傳統(tǒng)晶硅電池相比具有年衰減低、抗遮擋能強(qiáng)、弱光發(fā)電性能突

出、對(duì)安裝傾角要求較少等適用于建筑光伏一體化應(yīng)用的特點(diǎn)，在綜合效率系數(shù)的選取

時(shí)，可按照系數(shù)取值上限選用?；貓?bào)周期測(cè)算：6-8

年左右。在建筑立面上的使用，薄膜電池通常與幕墻作為一個(gè)整體

使用，或者直接作為裝飾立面使用。我們不考慮玻璃幕墻本身的成本，僅考慮加裝薄膜

電池增加的額外成本，并以北京、上海、廣州、沈陽(yáng)等不同緯度城市為例進(jìn)行測(cè)算。薄膜電池的潛在需求有多大？依據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：光伏幕墻裝機(jī)量=（a）商業(yè)建筑立面*南墻比例*玻璃幕墻比例

*（b）經(jīng)濟(jì)性比例*（c）光伏幕墻滲透率*（d）單位面積功率。新建立面空間：測(cè)算

2020

年竣工公共/商業(yè)建筑立面面積約

4.9

億平米。首先根據(jù)建筑

竣工面積并依據(jù)公式「建筑面積÷容積率×

建筑密度」測(cè)算新建屋頂面積；其次計(jì)算相應(yīng)

的樓層數(shù)并假設(shè)層高計(jì)算相應(yīng)的立面面積，假設(shè)南立面占比約為

30%，計(jì)算可得南立面

面積為

1.47

億平。存量立面：測(cè)算存量竣工公共/商業(yè)建筑立面面積約

173

億平米?？紤]到存量竣工面積

難以計(jì)算，對(duì)于城市/縣城首先按照「建設(shè)用地面積×建筑密度」計(jì)算屋頂面積，其次按

照屋頂面積*4

近似計(jì)算立面面積，且僅考慮城市/縣城的公共建筑和商業(yè)建筑（對(duì)應(yīng)公

共管理與公共服務(wù)用地和商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地）?；谝陨蠈?duì)新建及存量立面的測(cè)算（僅考慮需求潛力大的商業(yè)建筑，未考慮屋頂、工廠(chǎng)

等替代彩鋼瓦場(chǎng)景），并根據(jù)以下假設(shè)進(jìn)行敏感性測(cè)算：在光伏幕墻滲透率

25%時(shí)，新

建立面對(duì)應(yīng)裝機(jī)需求約為

4.2GW；在光伏幕墻滲透率

25%，且翻新率

5%時(shí)，測(cè)算存量

改造需求約為

6.3GW。（a）：商業(yè)建筑面積僅包含寫(xiě)字樓、商廈、文娛和科研建筑的立面面積，南墻比例

30%，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)玻

璃幕墻占比

20-30%不等；

（b）：按照平價(jià)周期模型，工作時(shí)段年有效光照時(shí)長(zhǎng)

550

小時(shí)以上具有經(jīng)濟(jì)型，依據(jù)中國(guó)各地光照時(shí)長(zhǎng)

數(shù)據(jù)，約

65%地區(qū)滿(mǎn)足要求；

（c）：光伏幕墻滲透率，按照成型案例比例要求，圍繞

25%做敏感性假設(shè)；

（d）：功率由

CdTe轉(zhuǎn)換效率決定，將很快觸達(dá)假設(shè)值；薄膜電池應(yīng)用場(chǎng)景多元，并不局限于建筑立面?？紤]到薄膜電池美觀(guān)個(gè)性化的特點(diǎn)，相

關(guān)要求較高的場(chǎng)景將越來(lái)越多的使用薄膜電池，如陽(yáng)光屋頂、透明索橋、戶(hù)外遮陽(yáng)棚等

等，更接近建材的屬性，而并非標(biāo)準(zhǔn)組件。此外隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)薄膜電池的成本持續(xù)下降

以及效率不斷提升，未來(lái)也有望逐步擴(kuò)展到地面電站以及普通屋面分布式光伏領(lǐng)域。3

效率&成本改善，薄膜未來(lái)可期薄膜電池產(chǎn)業(yè)鏈更短，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同更容易。薄膜電池生產(chǎn)較為集約主要包括

TCO玻璃

制備、薄膜沉積、活化后處理及組件封裝。其中

TCO玻璃目前大多外采，未來(lái)隨著需

求增長(zhǎng)，具備相關(guān)能力的企業(yè)或?qū)⒆援a(chǎn)；薄膜層采用

PECVD、磁控濺射等方法進(jìn)行沉

積，制作工藝可以連續(xù)在多個(gè)真空沉積室或多片在一個(gè)沉積室內(nèi)完成，從原材料進(jìn)場(chǎng)，

一個(gè)廠(chǎng)房?jī)?nèi)即可完成組件生產(chǎn)，企業(yè)自身可以掌握生產(chǎn)和技術(shù)的腳步，技術(shù)壁壘高。相

反晶硅組件從多晶硅到組件，需要完整的設(shè)備、原料、輔料等產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)展協(xié)作。薄膜電池的效率提升空間大。薄膜電池因?yàn)槠浠衔镏饕獮橹苯訋栋雽?dǎo)體，其吸光能

力較作為間接帶隙半導(dǎo)體的晶硅要高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此僅從理論上的極限發(fā)電效率出發(fā)，薄膜電池普遍可以達(dá)到

33%左右，而晶硅電池不超過(guò)

30%。但因?yàn)榧夹g(shù)及設(shè)備等限制，

目前在實(shí)驗(yàn)室和量產(chǎn)層面依然是晶硅占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)，未來(lái)隨著薄膜電池技術(shù)不斷進(jìn)步，

量產(chǎn)效率有望逐步提升。成本下降值得期待。當(dāng)前因?yàn)閲?guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的組件效率、規(guī)模相對(duì)較小且主要設(shè)備依靠

國(guó)外采購(gòu)，因此生產(chǎn)成本相對(duì)較高，當(dāng)前與晶硅電池相對(duì)在效率不占優(yōu)勢(shì)情況下依然偏

高。參考美國(guó)第一太陽(yáng)能，未來(lái)隨著規(guī)模擴(kuò)大、效率提升、材料成本中占比較大的

TCO玻璃實(shí)現(xiàn)自供以及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率提高，國(guó)內(nèi)企業(yè)的單

W成本將持續(xù)下降。2020

年美國(guó)

第一太陽(yáng)能的單

W成本約為

0.2

美金左右。從

FS看薄膜電池發(fā)展空間。FS成立于

1999

年并于當(dāng)年建設(shè)第一條試生產(chǎn)線(xiàn)，2006

年于紐交所上市，2009

年產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)

1GW，2020

年產(chǎn)量達(dá)到了

6GW。在其發(fā)展過(guò)

程中經(jīng)歷了數(shù)次的“生死考驗(yàn)”，如

2012、2017

年。在

2009

年之后，公司產(chǎn)量增長(zhǎng)明

顯在放緩，主要因?yàn)殡S著晶硅成本下降，薄膜電池在

2009

年之前建立的成本優(yōu)勢(shì)逐步

喪失，從此開(kāi)始公司進(jìn)入了長(zhǎng)期的困難階段。而隨著公司

S6

新型高效率組件推出，效

率及成本明顯改善，產(chǎn)能重新開(kāi)始擴(kuò)張快速擴(kuò)張，預(yù)計(jì)

2021

年和

2022

年底將產(chǎn)能提

高至

8.7GW和

9.4GW。薄膜電池未來(lái)也將在更多領(lǐng)域與晶硅電池直面競(jìng)爭(zhēng)。以美國(guó)第一太陽(yáng)能為例，2010

年

開(kāi)始大力發(fā)展光伏系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，2020

年光伏組件收入占比

64%，光伏系統(tǒng)占比

36%，而

FS生產(chǎn)的薄膜電池組件產(chǎn)品大部分應(yīng)用于地面電站系統(tǒng)。對(duì)于

FS來(lái)說(shuō)依靠更低的成

本可與晶硅在大規(guī)模集中電站中展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。從

FS在美國(guó)市占率來(lái)看，假設(shè)

80%銷(xiāo)量在

美國(guó)，其在美國(guó)本土市場(chǎng)份額或在

25-30%左右。4

誰(shuí)將成為中國(guó)薄膜電池領(lǐng)頭羊？技術(shù)壁壘較高，存量企業(yè)受益。核心工藝在于薄膜化合物沉積，掌握在組件企業(yè)手中，

這一環(huán)節(jié)決定了薄膜電池的最終性能，因此各家的研發(fā)重點(diǎn)均集中在這一步驟。從技術(shù)

路線(xiàn)看，目前常見(jiàn)的有常壓物理氣相沉積（APPV