太阳能:“薄膜”的正反两面

闫 岩

中国太阳能产业的现状有点儿像南非世界杯赛场边的那块广告牌:“中国·英利”的出现,给人带来的是对未来的希望。但一块广告牌的“闪现”,并不能一夜之间就把品牌全面推向强势。

实际上,“闯进世界杯”的英利集团正是中国太阳能产业的一员。

目前,太阳能电池分为:晶硅太阳能电池(包括单晶硅、多晶硅),非晶硅太阳能电池(即薄膜太阳能电池)和多元化合物太阳能电池。在上述三种太阳能电池中,前两种目前较为常见,而多元化合物太阳能电池由于尚未工业化生产,所以市场上很少见得到。

薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池,由于其用硅量极少,所以更容易降低成本。同时,它既是一种高效能源产品,又是一种新型建筑材料,更容易与建筑物完美结合。在国际市场硅原材料持续紧缺的背景下,薄膜太阳能电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。

“薄膜”兴起

在薄膜太阳能电池技术上,领先者是美国、日本等国的企业。不过一些中国太阳能企业在这一新兴领域也不甘落后。

“这主要是因为薄膜太阳能的低成本所致。”太阳能产业的一位分析师告诉《中国新闻周刊》,薄膜太阳能电池最大的优势在于,可以不使用价格不菲的硅,所需材料少于多晶硅太阳能电池,能耗也明显低于多晶硅太阳能电池。当然,薄膜太阳能的技术难度也较高,被认为是多晶硅太阳能电池之后的下一代太阳能技术。

目前,薄膜太阳能电池种类较多,现已进行大规模产业化生产的主要有3种:硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)和碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。其中后者的技术为全球最大的薄膜太阳能电池生产商美国第一太阳能(First Solar)所垄断,其光电转化率在11%~12%以上。铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术的使用尚不广泛,其转化率为10%左右。中国近年来新发展的多为硅基薄膜太阳能电池技术。

据中国电子材料行业协会专家李清岩介绍,虽然薄膜太阳能电池的产业规模目前与晶硅电池相比仍存在相当大的差距,但是它越来越被业界所接受,薄膜太阳能电池产业近年来发展迅速。

中国薄膜太阳能电池的大规模生产起步于2008年。由于当时晶体硅价格偏高,导致投资者将目光转向成本相对较低的薄膜太阳能电池领域。英利能源(北京)有限公司项目经理陈凌然解释说,由于薄膜电池仅在涂层使用晶体硅,故其原材料使用少,原材料耗费要比晶硅电池便宜很多。

“当时,晶硅电池的价格高达每瓦3美元以上,薄膜电池则仅有每瓦1美元多。而低廉的成本也掩盖了很多缺陷。”上述分析师这样告诉《中国新闻周刊》。

三氟化氮之患

薄膜太阳能电池产业要想在未来的竞争中击败多晶硅电池,首先要直面一个环境难题——薄膜电池生产过程中释放的三氟化氮,被认为是一种温室气体。

2008年,美国加州大学欧文分校地球系统科学系教授迈克尔·普拉瑟(Michael Prather)及其同事在《地球地理学研究学报》上发布研究论文称,三氟化氮的温室效应是二氧化碳的17000倍。在半导体、液晶面板和薄膜太阳能电池生产过程中,都可能释放三氟化氮。

普拉瑟告诉《中国新闻周刊》,三氟化氮显著的温室效应在大气中能够存在550年以上,对红外线的吸收能力也很强。

美国加州大学斯克里普斯海洋研究所主任雷·威斯(Ray Weiss)等人还发现,三氟化氮在大气中的浓度由1978年的0.02ppt上升到了2008年的0.454ppt。威斯称,虽然目前在人类活动所产生的温室气体中,二氧化碳占了60%,三氟化氮只占0.04%,但三氟化氮所占的比例可能会呈指数级增长。他告诉《中国新闻周刊》,“我们的监测结果表明,大气中三氟化氮的排放量要比预期的高4到5倍。”

目前,《京都议定书》只涉及6种气体:二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。普拉瑟和威斯建议将三氟化氮也列入需要减排的温室气体之列。

而另一方面,威斯也指出,目前三氟化氮的排放量所占比例甚低,它还不是最糟糕的温室气体。而且,大多数清洁能源技术的使用,无论是薄膜太阳能电池,还是风力发电机,其生产过程都会伴随温室气体的产生,但是只要它们的使用寿命足以弥补温室气体的排放,那么这些新技术还是有益的。

他举例说:“薄膜太阳能电池板的使用寿命多为数十年,而它们仅仅需要一两年的时间就可以弥补生产过程中释放的温室气体。”

“闯入者”还需证明自己

李清岩告诉《中国新闻周刊》,“目前,薄膜太阳能电池在中国太阳能电池产业中的比重仅占10%左右。而且,在未来10年到20年以内,它在产业中还不会占据主导地位。”

目前,商业化的三种薄膜太阳能电池技术中,硅基薄膜技术是最便于推广的;碲化镉技术中由于镉是重金属,所以存在潜在的环境污染风险;而铜铟镓硒技术则由于需要使用的铟、镓、硒三种元素均为稀有稀土元素,其产量有限,所以就大规模商业化角度而言,存在着一定的障碍。硅基薄膜技术所需的硅材料十分普遍,一般公司都可以拿到技术和生产线,具有大规模商业化的可能。

据陈凌然介绍,虽然薄膜太阳能电池看上去很便宜,但事实上也并非如此。首先,相对于光电转化率高达16%〜17%的晶硅太阳能电池而言,薄膜电池的转化率较低,目前国内生产的电池能达到8%,就已经很不错了;第二,由于对薄膜太阳能技术存在一定的质疑,所以薄膜太阳能电池的市场需求还较小,对于以出口为主的太阳能电池业来说,即使是中国较大的薄膜太阳能电池生产商,在欧洲也没有什么知名度。再者,生产线较贵,加之国内生产企业规模较小,每年生产线折旧成本高。“这些因素平摊算下来,薄膜太阳能电池的生产成本也并不便宜。”陈凌然说。

据了解,中国国内现有30家左右的薄膜太阳能生产企业,其中多数使用欧洲生产线进行生产。同时,中国太阳能电池的主要市场在国外。国外的购买商在向银行申请贷款时,银行最关心的是太阳能电池厂商的信誉,所以很多购买者在选择生产商时多以企业信誉为主要考察因素。

“购买者申请银行贷款有困难,因为产自中国的薄膜太阳能电池还没有经过一个10年、20年的验证过程,所以银行不放心。”上述太阳能行业分析师告诉记者。

中国产品由于在国际市场上少有人使用过而缺少“名分”,这是国内薄膜太阳能电池产业面临的难题。这也许就是在世界杯足球赛80年历史上,首次出现中国赞助商的原因吧——中国英利“闯入世界杯”的举动,让人们对太阳能产业“中国制造”的前景增添了希望。 ★