環(huán)境與能源問題一直是受國(guó)際關(guān)注的熱點(diǎn)問題，人類對(duì)可持續(xù)能源的需求變得十分迫切，中國(guó)政府在“十二五”規(guī)劃中對(duì)新能源提出了具體的發(fā)展目標(biāo)。在新能源領(lǐng)域，太陽(yáng)能光伏發(fā)電占據(jù)了重要的位置。

光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，光伏產(chǎn)品應(yīng)用具有多樣性，這些為薄膜太陽(yáng)能電池提供了發(fā)展機(jī)遇，但薄膜太陽(yáng)能電池仍面臨著很大的挑戰(zhàn)：對(duì)于一些化合物材料的物理科學(xué)問題缺少充分的理解，工藝技術(shù)有待創(chuàng)新改進(jìn)，還需要新材料和新結(jié)構(gòu)來替代貴材料和毒材料，尤其是化合物薄膜電池，關(guān)鍵精密設(shè)備與工藝的集成度有待深入研究開發(fā)。

CIGS是太陽(yáng)能薄膜電池CuInxGa（1-x）Se2的簡(jiǎn)寫，其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。小樣品CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2014年12月刷新為21.7%，由德國(guó)太陽(yáng)能和氫能研究機(jī)構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備。大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%范圍內(nèi)。銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽(yáng)能電池之首，接近晶體硅太陽(yáng)電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，被國(guó)際上稱為“下一時(shí)代非常有前途的新型薄膜太陽(yáng)電池”。此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對(duì)外觀有較高要求場(chǎng)所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場(chǎng)。雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢(shì)，但他也面臨三個(gè)主要的問題：

（1）制程復(fù)雜，投資成本高

（2）關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足

（3）緩沖層CdS具有潛在的毒性。

薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量創(chuàng)下新紀(jì)錄

近些年太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅猛，過去10年間世界光伏電池和組件的產(chǎn)量年增幅大于35%。根據(jù)Solarbuzz最新年度光伏市場(chǎng)報(bào)告，2010年全球光伏市場(chǎng)安裝量達(dá)到18.2GW，比2009年增加139%。從產(chǎn)值看，2010年光伏產(chǎn)業(yè)全球營(yíng)收達(dá)到820億美元，與2009年相比增幅達(dá)105%。2010年全球前5大光伏市場(chǎng)國(guó)家為德國(guó)、意大利、捷克、日本和美國(guó)，這5個(gè)國(guó)家占據(jù)全球安裝量的80%，日本和美國(guó)的光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)速度很快，年增長(zhǎng)分別達(dá)到101%和96%。

總體而言，2010年世界上有100多個(gè)國(guó)家為光伏產(chǎn)業(yè)的迅速增長(zhǎng)做出了貢獻(xiàn)。另外，從產(chǎn)量看，2010年全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)到20.5GW，中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣的電池產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的59%。從廠商出貨量看，尚德電力和晶澳太陽(yáng)能并列第一，緊隨其后的是美國(guó)第一太陽(yáng)能。其中薄膜太陽(yáng)能電池占全球太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量的13.5%，這也是光伏市場(chǎng)薄膜電池產(chǎn)量的新紀(jì)錄。

目前在光伏市場(chǎng)上薄膜太陽(yáng)能電池的產(chǎn)品類型主要有CdTe薄膜電池、硅基薄膜電池和CIGS薄膜電池。這些薄膜太陽(yáng)能電池根據(jù)襯底材料可以分為剛性（即玻璃襯底）電池和柔性（不銹鋼或聚酯膜襯底）電池。其中柔性電池的優(yōu)點(diǎn)是可折疊、重量輕、不易碎。與常規(guī)的晶體硅太陽(yáng)能電池相比，這些薄膜電池使用材料很少，構(gòu)成太陽(yáng)能電池的薄膜材料厚度不超過5微米，而晶體硅電池厚度約180微米～200微米。各種材料薄膜太陽(yáng)能電池以其特有的優(yōu)勢(shì)和逐漸成熟的工藝技術(shù)占有了光伏市場(chǎng)的一席之地，而且成長(zhǎng)速度非常快。工藝、材料是規(guī)模化生產(chǎn)最大瓶頸

薄膜太陽(yáng)能電池因?yàn)榱畠r(jià)的襯底材料（如玻璃、不銹鋼、聚酯膜），有柔性，材料禁帶寬度可調(diào)控，組件溫度系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)很受矚目，在光伏市場(chǎng)的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，2010年已經(jīng)占13%以上的市場(chǎng)份額。各種薄膜電池都有一些瓶頸問題尚未解決。

薄膜電池行業(yè)處于發(fā)展初期，市場(chǎng)份額遠(yuǎn)低于晶體硅電池，但未來市場(chǎng)空間巨大，全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展引發(fā)了全球多晶硅供應(yīng)的持續(xù)緊缺，嚴(yán)重的制約了晶體硅電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，晶體硅電池企業(yè)之間的搶料和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)也隨之加劇。與晶體硅電池相比，薄膜電池具有原材料充裕、能耗小、成本相對(duì)低廉的優(yōu)勢(shì)，薄膜電池行業(yè)悄然興起。

硅薄膜電池已逐漸具備產(chǎn)業(yè)爆發(fā)性增長(zhǎng)的條件，有望超越其他種類的薄膜電池：

1、硅薄膜電池技術(shù)成熟度高，發(fā)展路徑清晰，使用疊層工藝將使轉(zhuǎn)換效率及衰減問題不再突出；

2、薄膜電池設(shè)備供應(yīng)商快速崛起對(duì)行業(yè)迅猛發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用；

3、硅薄膜電池在原材料易得性與清潔安全等方面均不存在瓶頸。薄膜光伏電池是在低成本的玻璃、塑料、不銹鋼等基板上沉積形成很薄的感光材料實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，主要包括硅薄膜電池（a-Si、a-Si/c-Si等）、碲化鎘（CdTe）、銅銦硒（CIS、CIGeS）。

2015年全球薄膜太陽(yáng)能電池的產(chǎn)能約為9.3GW，產(chǎn)量約為4.4GW（圖。按技術(shù)劃分，2015年硅基薄膜電池的產(chǎn)能占比為38%，銅銦鎵硒薄膜電池的產(chǎn)能占比為27%，碲化鎘薄膜電池的產(chǎn)能占比為35%。

目前硅基薄膜太陽(yáng)能電池，無論單結(jié)、雙結(jié)還是三結(jié)電池，制造工藝都是采用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積（pECVD）方法，真空腔的清洗基本是氟化物（SF6或NF3），排出物是含氟氣體。荷蘭科學(xué)家RobvanderMeulen等在2011年第19期的progressinphotovoltaics：ResearchandApplicaTIons上發(fā)表文章稱，這種含氟氣體對(duì)環(huán)境造成的溫室效應(yīng)比CO2高17200～22800倍。太陽(yáng)能光伏發(fā)電一直以來被認(rèn)為是綠電，那么在制造環(huán)節(jié)中也應(yīng)該采用綠工藝。對(duì)于硅基薄膜電池廠商來說，有尋找新的清洗氣體替代當(dāng)前的氟化物的方案，降低溫室氣體排放。另一種方案是盡快提高電池的轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)穩(wěn)定效率達(dá)到12%～16%，才有可能補(bǔ)償排放的溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響。此外由于硅薄膜組件效率低（5%～7%），在光伏系統(tǒng)應(yīng)用中單位發(fā)電功率占地面積幾乎是晶體硅組件（效率為13%～15%）的2倍，相應(yīng)地，BOS的成本也要增加，可見提高硅基薄膜組件的光電轉(zhuǎn)換效率是贏得市場(chǎng)的重要條件。

最近幾年，更多的人開始關(guān)注CIGS薄膜太陽(yáng)能電池，量產(chǎn)化成功的案例是日本的SolarFronTIer（前身是ShowaShell），技術(shù)和設(shè)備是自主開發(fā)的。其CIGS薄膜的技術(shù)路線是濺射加后硒化處理，核心就是后硒化處理。由于硒化過程采用有毒氣體，硒化設(shè)備的設(shè)計(jì)非常重要，而市場(chǎng)上沒有專業(yè)的硒化設(shè)備供應(yīng)商。此外采用蒸發(fā)技術(shù)制備CIGS薄膜遇到的問題是如何做到大面積薄膜的均勻性和可靠性，包括薄膜的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)、電學(xué)和厚度等的均勻性和可靠性。除了上述技術(shù)上的難題，原材料In也是人們議論的焦點(diǎn)之一。In是貴金屬，地球上材料豐度小，可能會(huì)限制這類電池的大規(guī)模生產(chǎn)。這就對(duì)新材料的開發(fā)提出了高的要求。pV-tech.com網(wǎng)站2011年5月報(bào)導(dǎo)瑞士科學(xué)家在柔性塑料襯底上制備出18.7%轉(zhuǎn)換效率的CIGS電池，柔性電池的主要優(yōu)點(diǎn)是可以采用卷對(duì)卷工藝來降低制造成本。上圖給出了美國(guó)GlobalSolar公司的產(chǎn)品示意圖。柔性電池產(chǎn)業(yè)化道路上的主要障礙是如何在低溫條件下制備性能優(yōu)良的薄膜。

美國(guó)第一太陽(yáng)能對(duì)CdTe薄膜電池技術(shù)嚴(yán)密封鎖，其他欲進(jìn)入該領(lǐng)域的企業(yè)在量產(chǎn)化過程中困難重重。目前中國(guó)的薄膜電池企業(yè)大部分在硅基薄膜領(lǐng)域，也有一些企業(yè)開始進(jìn)入CIGS和CdTe薄膜電池領(lǐng)域。這些企業(yè)比較普遍的做法是關(guān)鍵設(shè)備和原材料從國(guó)外進(jìn)口，由于缺少核心技術(shù)，遇到的問題是整條生產(chǎn)線各種設(shè)備的兼容性不理想，設(shè)備與工藝的集成度不高，導(dǎo)致產(chǎn)品良品率低，成本難以下降，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。

薄膜電池由于理論效率高、材料消耗少、制備能耗低等被稱為第二代太陽(yáng)能電池技術(shù)。尤其是在柔性襯底上制備的薄膜電池，具有可卷曲折疊、不怕摔碰、重量輕、弱光性能好等優(yōu)勢(shì)，未來應(yīng)用前景廣闊。銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池易形成良好的背電極和高質(zhì)量的pN結(jié)，且較容易制成柔性組件。

目前，CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率已達(dá)21.7%，組件全面積轉(zhuǎn)換效率已接近16%，其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)也在逐步完善。隨著此技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)后良品率提升，國(guó)產(chǎn)化改進(jìn)優(yōu)化后生產(chǎn)成本降低，將越來越具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，具有超高轉(zhuǎn)換效率的砷化鎵太陽(yáng)能電池，憑借著其技術(shù)先進(jìn)性，在特殊的應(yīng)用場(chǎng)景具備很大的發(fā)展?jié)摿Γ悄壳坝捎诔杀酒撸笠?guī)模的應(yīng)用需要快速實(shí)現(xiàn)成本的降低。

薄膜電池生產(chǎn)設(shè)備：硅基薄膜電池，銅銦鎵硒電池CIS/CIGS，碲化鎘薄膜電池CdTe，染料敏化電池生產(chǎn)技術(shù)及研究設(shè)備。

近年來，太陽(yáng)能光伏電池市場(chǎng)正在向薄膜太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)在于其產(chǎn)業(yè)鏈的耗能更低；制備材料選擇更廣泛；制備技術(shù)多樣；比晶體硅太陽(yáng)能電池有更高的每瓦發(fā)電量；產(chǎn)品的發(fā)電效率的提升有更大的潛力；產(chǎn)品重量更輕并且可以柔性化，使用范圍更寬泛，更適合于光伏建筑一體化。其中實(shí)驗(yàn)室效率超過了20%的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池是光伏轉(zhuǎn)換效率最高的薄膜太陽(yáng)能電池。由于銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池沒有光致衰減效應(yīng)、性能穩(wěn)定、發(fā)電量高、對(duì)環(huán)境友好，所以它是歐洲、日本和美國(guó)最為關(guān)注的新一代高效薄膜太陽(yáng)能電池。

采用真空沉積技術(shù)制備的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池不僅創(chuàng)下了轉(zhuǎn)換效率20.4%的記錄，而且已經(jīng)成熟地大規(guī)模工業(yè)化了，產(chǎn)品已經(jīng)具備成本競(jìng)爭(zhēng)力。非真空法技術(shù)制造銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池具有更低成本和易于大面積的潛在優(yōu)勢(shì)，也吸引了愈來愈多的關(guān)注，歐洲、美國(guó)和日本的主要銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池企業(yè)的最佳組件產(chǎn)品效率都已超過13%。