CIGS——光伏平价上网的另一选择

光伏发电，与任何新生事物一样，从一出现就是一种矛盾体。可再生、清洁无污染等特性，决定了它在能源替代市场毋庸置疑的广阔前景；但与此同时，超出传统能源数倍的高昂成本，也使得这种替代进程举步维艰，步履蹒跚。而正是这种显而易见的矛盾对立面，光伏发电从一开始就走在提性能、降成本的直行道上。

虽然全球第一块实用太阳能电池1954年已经问世，但太阳能发电真正的产业化进程则是21世纪事情。来自OFweek行业研究中心的数据显示，2000年至2008年，全球太阳电池产量年均复合增长率为47％，2008年产量达到6.4GW，至2013年，全球光伏组件产量已经达到40GW。同期，以欧美为主的全球太阳能光伏发电应用市场也以45％的年均复合增长率快速增长。2008年全球累计装机总量已接近15GW。截至2012年底，全球光伏电站累计装机容量已达99.7GW，较2007年翻了近11倍；截至2013年底，全球累计装机容量达136.7GW。

纵观全球光伏产业快速增长的这十年，同时也是成本快速下降的若干年。随着太阳能光伏发电规模、转换效率和工艺水平的提高，全产业链的成本快速下降。太阳能光伏电池组件价格从2000 年的每瓦4.5 美元下降到2010 年的1.5 美元以下，再到目前的0.6美元/瓦左右，太阳能光伏发电的经济性已经明显提高。

正如上文所讲，光伏产业界一致努力降低成本，最终目标就是光伏发电能够平价上网，与传统能源直接竞争，乃至替代传统能源。而这些努力，包括目前占主流的晶硅厂商在提升电池转化效率、减少使用硅料成本、以及降低非硅加工成本等等，但2008年前后全球多晶硅市场的过山车行情，使得过往并不显眼的薄膜太阳能电池厂商逐步走上前台。从2008年开始全球薄膜太阳能电池产量呈几何倍增的态势，足以说明这一时期光伏产业在技术路线选择上的巨变。

也正是在这一大背景下，CIGS薄膜太阳能电池迎来爆发增长良机。来自OFweek行业研究中心的数据显示，2007年CIGS薄膜太阳能电池全球产量仅为6MW，但到2011年全球CIGS薄膜太阳能电池产能达到3645MW，实际产量达到700MW，成为各种太阳能电池中增长最快的。2013年全球薄膜电池产量约3660MW，同比增长3.7%，占全球光伏组件总产量的9%，而在这其中CIGS薄膜电池的产量达到创纪录的1500MW。

图表：2005-2013年全球薄膜太阳能电池产量（单位：MW）



众所周知，CIGS薄膜太阳能电池具有以下优点：

（1）高的光电转换效率，目前玻璃衬底CIGS薄膜太阳能电池实验室效率已达到20.3%。商业化生产的CIGS薄膜电池组件的转换效率也达到了14%，在薄膜太阳能电池领域处于领先地位。

（2）成本低，材料消耗少。CIGS是直接带隙材料，已知的半导体材料中光吸收系数最大，最适合薄膜化。CIGS膜厚度1～2μm时就可以将太阳光全部吸收，大大降低了材料的成本，而多晶硅膜太阳电池其膜厚通常在20～30μm。另外，CIGS薄膜可用钠钙玻璃作衬底，不仅成本低、膨胀系数相近、还因微量的Na掺杂而提高电池的转换效率和成品率。CIGS薄膜在玻璃衬底上形成缺陷很少的、晶粒巨大的高品质结晶，而这种晶粒尺寸是一般的多晶薄膜根本无法达到的。

（3）长期稳定性好，室外使用无光致衰退效应。

（4）能量偿还期短，适于大批量生产。生产非晶硅薄膜模块所需耗费的能源也要多年才能回收，然而CIGS在少于1年的时间内即可回收。因此，CIGS薄膜太阳能模块可以更有效地节省非必要的能源消耗。

（5）抗辐射能力强，可满足空间应用的要求。

（6）适合单片集成：金属衬底材料可通过在其表面沉积绝缘层实现单片集成，PI衬底由于其本身的绝缘性，在单片集成领域更有前景。

尽管CIGS电池存在以上诸多优点，但是其本身的局限性也是不容忽视的。例如，薄膜组件生产过程中共同的软肋：前期投资成本高，设备要求高，生产过程复杂；以及目前CIGS电池关键原料的供应并不十分充足，远不如晶体硅组件原料般普及；而且，关于其生产过程中可能产生有害物质的争议也从来没有停息过，这些都是目前制约CIGS电池发展的主要因素。

这并不能阻碍CIGS的蓬勃发展之势。一方面是企业投资CIGS的热情高涨，首当其冲的便是中国汉能控股屡次在市场上掀起波澜；另一方面采用CIGS组件的光伏电站在全球范围的不断兴建，也用实际案例给市场注入了极大的信心。比如位于云南石林国内最大的1兆瓦级薄膜太阳能并网电站，2012年7月由北京桑林蓝天自控技术有限公司建成投产，是中国在CIGS薄膜太阳能领域的首列示范工程，而且根据电站运营商的监测数据来看，运行至今产品表现良好。最关键的参数是该产品虽然在成本和转化率上不及多晶硅切片的太阳能电池，但由于弱光性强、吸收频谱宽以及在高温下较佳的功率衰减表现，电站发电效率反而比同等规模的晶硅电站高出10%左右。

但在产业界，关于薄膜电池的争论一直未停歇。一方面是CIGS业者大肆渲染这一技术路线的光明前景，比如德国Manz等主要CIGS制造商宣称的"CIGS薄膜电池将是光伏未来"的观点；另一方面则是晶硅业者居高临下，看衰薄膜路线前景，直指"晶硅路线才是太阳能发电主流，薄膜电池根本无力构成威"的论调。

OFweek行业研究中心高级分析师冯辉认为，站在当下去争论哪种技术路线是光伏产业的未来，这种命题本身就毫无意义。光伏产业的整体目标就是尽早实现平价上网，加快替代传统能源的进程，而达成这一目标并不需要去限定非要走哪种技术路线。以CIGS为代表的薄膜路线暂时不占主流，但并不代表这一技术路线不能作为光伏平价上网的另一选择；相反，长期以来在市场上一家独大的晶硅路线，并非可以稳坐钓鱼。因为光伏发电的能源替代进程依然任重道远，哪种技术路线的度电成本更够更快接近终端用户能够接受的价格，才能够真正赢得市场。

就在本文即将落笔之际，笔者听闻"德国巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心（ZSW）宣布研制出转换效率为21.7%的CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池，刷新历史记录"这一消息。这不仅是CIGS这一技术路线的进步，更应该看做是整个光伏产业的进步。因为只有类似的进步不断累加，光伏平价上网乃至替代传统能源的进程才会不断提速。