光伏行业薄膜电池的发展状况如何？

光伏电池发展之历史辩证法——薄膜电池或重新获得青睐

1. 薄膜电池曾阶段性占竞争优势，硅基电池是目前绝对主流

光伏电池依据半导体材料不同，可分为晶硅电池与薄膜电池两条主要技术路径。目 前广泛应用的光伏发电系统主要由光伏电池、蓄电池、控制器和逆变器组成。其中， 光伏电池是光伏发电系统的关键部分。 晶硅电池与薄膜电池工作原理类似，使用材料不同。依据其用于吸收太阳能的半导 体材料的不同，主要分为晶硅电池和薄膜电池两类技术路径，工作原理类似，均是 利用光生伏特效应将光能转化为电能。晶硅指硅原子以晶体形式存在材料，根据晶 核长成晶面时取向的异同分为多晶硅和单晶硅，根据导电载体所带电子的正负性分 为 P 型（Positive）和 N 型（Negative）。薄膜电池指将各种薄膜制备成太阳能电池， 用硅量少或不含硅。

1980 年代非晶硅电池发展迅速，薄膜电池市占曾超 30%。1976 年，RCA 实验室的 Carlson和Wronski开发出在玻璃衬底上沉积透明导电膜（TCO）的非晶硅薄膜电池； 1980 年，日本三洋电器利用非晶硅电池制成袖珍计算器，并于 1981 年实现工业化 生产；随后薄膜电池进入快速发展期间，其应用领域也扩展至太阳能收音机、路灯、 户用独立电源等。根据 Fraunhofer ISE 统计，薄膜电池在全球市占率在 1980 年代一 度上升至 30%以上，但之后因技术迭代不及晶硅电池再度下滑。

受益于 First Solar 碲化镉电池进展与硅价高企，薄膜电池市占于 2009 年回升至 15%+。 First Solar 目前是全球最大的薄膜电池生产企业，目前在薄膜电池市场占有率超过 90%，前身是 1986 年成立的 Solar Cell。First Solar 于 2004 年实现了碲化镉薄膜电 池的量产，推动了薄膜电池行业的快速发展。另一方面，多晶硅价格持续上涨，根 据海关总署统计数据，从 2004 年均价 14USD/kg 上涨至 2008 年 7 月的 234USD/kg， 涨幅近 17 倍，致使晶硅电池价格一路高升。双重因素推动下，薄膜电池市占于 2009 年回升至 15%+。

P 型 PERC 单晶硅电池当前主流光伏电池。自 2011 年以来，随着多晶硅价格回落和 切片技术等制作工艺的成熟，晶硅电池成本不断下降，竞争优势日益扩大，根据 PVNEWS 数据，天合光能 280W 单晶硅电池组件的含税出厂价从 2011 年 6 月的 10 元，持续下降至 2021 年 2 月的 1.52 元。目前，晶硅电池已占光伏电池市场中绝对 主流，占比约 96%；晶硅电池市场中又以 P 型 PERC 单晶硅电池为主流，根据 CPIA 统计，我国 2021 年 P 型 PERC 单晶硅片出货量在硅片市场占比高达 90.4%。

P 型晶硅电池效率已近理论极限，N 型晶硅电池提效空间不及薄膜电池。根据 CPIA 统计，我国 2021 年 P 型 PERC 单晶硅片规模化生产平均转化效率约为 23.1%，同比 提高 0.3pct，未来效率提升空间有限。TOPCon、HJT 等 N 型单晶硅电池理论转换效 率更高，生产工艺与 PERC 高度兼容，但目前成本较高，量产规模较小，未来随着 生产成本和良率的逐步改善，预计是晶硅电池路径的主要的提效方向，但理论效率 上限不及薄膜电池。

2. 薄膜电池未来发展潜力巨大，有望重新获得市场青睐

晶硅电池现阶段较薄膜电池更具经济性。薄膜电池目前商用环境中量产转换效率、 产业化成熟度不及晶硅电池，在多数场景下，晶硅电池具有经济性优势。加之在光 伏产业发展初期，在承重条件好的屋顶资源、适用于地面光伏电站的土地资源充沛， 晶硅电池对环境较严苛的要求未成为实质现值，均是晶硅电池得以率先大规模应用 的原因。

薄膜电池多方面性能都具有优势，较晶硅电池前景更为宽广。如更轻薄的材质，适 用于承重能力较低的立面与屋面结构；更好的柔韧性，能适用于建筑弧面结构；更 好的弱光性，适用于采光不足的方位和角度；更高的透光性和可定制的颜色，适用 于设计要求较高的建筑；更低的温度系数和热斑效应敏感性，适用于更多样的光热 环境。

碲化镉电池目前在薄膜电池中占绝对主流，First Solar 处垄断地位。截止 2021 年底， 全球薄膜电池产量 8.28GW，市占率仅 3.8%，处于历史低位，其中碲化镉（CdTe） 电池占比 97%，铜铟镓硒（CIGS）电池产量 245MW，占比 3%。目前，美国 FirstSolar 在产量和电池转换效率上均处于强势领先状态，市占率超过 90%，近乎完全垄 断；我国中建材、中山瑞科、龙焱能源等厂商近年来也不断通过自主研发取得技术 突破，未来或有机会打破进口依赖；如 2022 年 9 月，龙焱能源就实现了碲化镉组件 量产转换效率 17.19%+最高输出功率 123.73W，和实验室小面积电池转换效率 20.61% 的突破。

钙钛矿转换效率屡创新高，或成为未来主流应用。钙钛矿电池被认为是第三代光伏 电池的代表，应用前景极具想象空间。2022 年 6 月，洛桑联邦理工学院和瑞士电子 与微技术中心成功使钙钛矿-硅叠层电池转换效率首次突破 30%，达到 31.3%，根据 美国可再生能源实验室统计信息，这是自 2016 年 8 月以来钙钛矿-硅叠层电池转换 效率纪录的第九次提高，技术发展迅速。我们认为，尽管钙钛矿电池尚未实现规模 化生产，但凭借其颠覆性的转换效率空间与宽广的应用场景，或推动薄膜电池行业 整体发展，成为未来主流应用，建议密切关注其商业化进程。