银河-薄膜太阳能电池是光伏手艺的主要分支，属在第二代太阳能电池（第一代为晶硅电池，第三代为钙钛矿等新型电池）。

其焦点特点是厚度仅1-5微米，是晶硅电池的1/100摆布的超薄吸光层，经由过程将光电材料直接沉积在玻璃、金属或柔性衬底上制成。

图片来历：迈贝特新能源

薄膜太阳能电池 Thin-film solar cell

导语

最近几年来，跟着"双碳"方针的深切推动，国度出台了一系列政策律例，鼎力鞭策光伏建筑一体化成长。

此中，其优良不变性和长效发电特征的薄膜光伏手艺使其具有怪异的建筑适配性，正成为建筑行业实现减碳方针的主要手艺路径。跟着手艺延续冲破，薄膜光伏在建筑范畴的示范利用效益日趋凸显，揭示出广漠的成长前景。

接下来，将基在中国建筑科学研究院、住建部科技与财产化成长中间与落基山研究所结合颁发的《薄膜光伏成长近况和建筑利用特征研究》综述论文，从以下五个方面睁开论述：

1. 薄膜光伏根本常识
   

2. 焦点性能优势对照

3. 政策驱动阐发

4. 薄膜光伏组件的成长过程和其近况

5. 薄膜光伏发电机能对照尝试

薄膜光伏根本常识

Thin-film solar cell

薄膜太阳电池（Thin-film solar cell）是薄膜光伏发电手艺的焦点，是指在玻璃或柔性基底上沉积并组成 p-n 结的半导体薄膜光伏器件。

 

依照光接收层材料的分歧，薄膜太阳电池可分为硅基、CdTe、铜铟镓硒(CIGS)、砷化镓 (GaAs) 和 PSCs 等类型。

 

今朝，在建筑范畴中利用较多的是 CdTe 薄膜太阳电池和 CIGS 薄膜太阳电池。

 

下面以CdTe 薄膜太阳电池为例，讲授薄膜光伏发电布局和道理。

 

太阳光穿过导电玻璃并被硫化镉 (CdS) 薄膜 ( 即 CdS 窗口层 ) 和 CdTe薄膜 ( 即 CdTe 接收层 ) 接收，CdTe 薄膜接收光子后释放电子 - 空穴对，电子被背电极搜集然后传导出太阳电池，从而发生电流。

 

布局特点：其吸光层是又由 CdTe、CIGS、非晶硅等以薄膜情势沉积，厚度仅为微米级别，一般在1-5微米，是晶硅电池的1/100摆布的超薄吸光层。

焦点机能优势对照

1.厚度优势：因为薄膜材料（如CdTe、CIGS）的禁带宽度可调，光接收效力远高在间接带隙的晶硅，少许材料便可充实接收太阳光。削减了对厚度的依靠。

 

2.弱光性优势：薄膜材料CIGS具有更宽的接收光谱，特别是红光和红外光区域响应更好，在散射光或阴天前提下仍能高效发电。

 

薄膜电池的PN结凡是为异质结（如CdTe/CdS），界面缺点少，载流子复合率低，晋升了低光照下的电流输出。

 

3.温度系数低：因为薄膜材料的带隙温度系数较小，电池的薄层布局散热更快，且无晶硅电池的金属电极栅线遮挡，削减了热斑效应。

 

4.柔嫩性：薄膜材料（如CIGS、非晶硅）可经由过程溅射或蒸镀平均成膜，构成哑光或半透明概况，而晶硅依靠硅片切割难以实现。

 

而且薄膜电池可以选择采取柔性衬底（不锈钢箔、聚酰亚胺），经由过程卷对卷（R2R）工艺制备；晶硅的脆性硅片没法曲折。

 

5.出产本钱下降：薄膜电池避免利用高纯硅料（晶硅需99.9999%纯度），且材料操纵率＞95%（晶硅切割消耗约40%）。

 

而且薄膜工艺（如气相沉积）可实现持续化出产，而晶硅需多步加工（拉晶、切片、分散等），能耗更高。

 

特征	薄膜电池优势本源	晶硅电池局限
厚度	直接带隙材料吸光强，布局超薄	间接带隙需厚硅片抵偿吸光
弱光机能	宽光谱接收，异质结界面高效	窄光谱响应，体材料复合率高
柔性	非晶/多晶薄膜可柔性沉积	单晶硅脆性，没法曲折
本钱	低温工艺，持续化出产，无切割消耗	高温提纯，多步加工，硅料华侈

 

薄膜光伏发电手艺作为第 2 代光伏发电手艺，凭仗其怪异优势，正慢慢成为建筑光伏系统的主要手艺线路。

薄膜光伏组件操纵薄膜材料作为光电转换器，并将其利用在玻璃、塑料或金属基板上，从而实现高效发电，具有制备本钱低、温度系数低和弱光机能优良等优势，在建筑的复杂概况和构件中利用具有杰出的顺应性。

最近几年来，薄膜光伏发电手艺成长敏捷，已由尝试室研究转向范围化工业出产和贸易化利用。

政策驱动光伏在建筑节能减碳的快速成长

Thin-film solar 

建筑范畴节能降碳是实现中国碳达峰、碳中和方针的要害环节，而光伏系统是助力建筑能源低碳化的主要手艺情势。

多项实践案例注解高比例光伏利用对推动建筑范畴节能降碳相当主要。“十四五”时代，城乡扶植范畴多项政策、尺度均强调要鼎力成长建筑光伏系统。

政策驱动

《城乡扶植范畴碳达峰实行方案》中指出，应推动建筑太阳能光伏一体化扶植，并给出了光伏笼盖率的保举指标；GB 55015—2021。

Thin-film solar cell

《建筑节能与可再生能源操纵通用规范》中要求，新建建筑应安装太阳能系统且应实现全年综合操纵。

Thin-film solar cell

国度成长鼎新委、住房和城乡扶植部在《加速鞭策建筑范畴节能降碳工作方案》中提出，要撑持钙钛矿 (PSCs)、碲化镉 (CdTe) 等薄膜太阳电池手艺设备在建筑范畴的利用，为薄膜光伏发电手艺的利用和推行擘画蓝图。

Thin-film solar cell

薄膜光伏的成长过程和其近况

Thin-film solar cell

CdTe 薄膜太阳电池的成长过程可追溯到 20世纪 60 年月。

1963 年，世界上第 1 块CdTe 薄膜太阳电池由美国无线电公司尝试室 在 CdTe单晶 上 镀 铟 的 合 金 制 得， 其 光 电 转 换 效 率 为2.1%。

最近几年来，跟着采取宽禁带材料作为窗口层，CdTe 薄膜太阳电池的光电转换效力记载不竭刷新，最高已到达 22.6%( 该数 据 截 至 2024 年 4 月 )，由美国 First Solar 公司缔造。

国表里财产成长近况

薄膜光伏组件的全球产量根基显现延续稳步晋升的趋向，特别是在 2020—2022 年间，陪伴小范围、散布式光伏的成长，其 3 年间 的 年 产 量 增 长 率 超 过 40%。

2022年全球薄膜光伏组件年产量到达 9.2 GW，较2021 年同比增加10.3%，此中CdTe 薄膜光伏组件到达9.18GW，占比为99.8%；其余首要是CIGS薄膜光伏组件，全球年产量约为0.03GW。

因为研发和制造薄膜光伏组件的国度较少，且具有出产能力的企业有限，薄膜光伏组件的全球年产量增加幅度依然滞后在晶硅光伏组件，其全球市场据有率依然显现下滑趋向，2022 年该值为 3.1%，较 2021 年同比降落 0.7%。

国表里薄膜光伏财产化近况

国外：国外薄膜光伏财产化以美国公司First Solar为焦点，CdTe手艺占有主导地位。2022年，First Solar的CdTe组件产能达9.8 GW，现实年产量9.1 GW（同比增加15%）。此中，美国和印度工场进献了93%的产能。

 

该公司经由过程产能扩大、产物进级和手艺立异连结竞争力，并打算进一步巩固其在全球光伏市场的影响力。

 

1.产能扩大：该公司打算到2025年全球产能超20 GW，并在美国阿拉巴马州新建3.5 GW工场，进一步巩固其市场地位。

 

2.产物进级：今朝主推Series 6和Series 7两个系列组件：

• Series 6：量产平均功率480 W，效力19.0%。
• Series 7：采取更年夜尺寸和优化背轨设计，量产功率540 W，效力19.3%，估计2025年产能占比超50%。

   

3.手艺立异：First Solar近期与量子点手艺公司UbiQD合作，摸索在双面组件中利用量子点材料，以晋升光谱转换效力。

 

而且该公司延续优化CdTe薄膜沉积工艺，并鞭策低碳制造，其组件的碳萍踪显著低在晶硅产物。

 

将来，跟着Series 7组件占比晋升和量子点等新手艺的利用，薄膜光伏在年夜型电站和BIPV（光伏建筑一体化）范畴的利用前景广漠。

 

国内：2022年，中国CdTe和CIGS薄膜光伏组件的年产量别离约为80MW和30MW。从装机场景差别来看，国外薄膜光伏组件的首要利用场景为地面光伏电站，国内则根基以建筑光伏项目为主。

 

下表为中国薄膜太阳电池的尝试室最高光电转换效力，和薄膜光伏组件量产的最高和平均组件效力。

中国代表性薄膜光伏组件制造企业

1.龙焱能源科技 ( 杭州 ) 股分有限公司

成立在2008 年，经由过程鞭策自立研发，已具有 3 条 CdTe薄膜光伏组件 ( 尺寸为 1200 mm×600 mm) 全主动化出产线，总产能跨越 150 MW。

该公司出产的小面积 CdTe 薄膜太阳电池的尝试室光电转换效力已到达 20.6%；尺度尺寸的 CdTe 薄膜光伏组件峰值功率量产最高可达 123 W，组件效力达 17.1%。

2.成都中建材光电材料有限公司 成立在2009年，曾制造出全球首个年夜面积 (1.92 m2)CdTe 薄膜光伏组件，已在成都会双流区、江西省瑞昌市、河北省邯郸市建成并投产 3 个基地，具有碲金属提纯和化合物出产能力。 该公司出产的CdTe薄膜太阳电池的尝试室光电转换效力达 20.84%，1.92 m2 的年夜面积 CdTe 薄膜光伏组件的量产最高组件效力晋升至 16.5%。

3.明阳瑞科薄膜光伏科技 ( 广东 ) 有限公司

2015 年启动 CdTe 薄膜光伏组件出产以来，致力在 CdTe、PSCs 和叠层手艺的研发，今朝已具有年产能 100 MW 的 CdTe 薄膜光伏组件出产线，具有 3.2 mm 和 5.0 mm 以上厚度的 CdTe 薄膜层制造能力。

该公司出产的CdTe薄膜太阳电池的尝试室光电转换效力跨越21%；CdTe薄膜光伏组件的量产最岑岭值功率到达 124.3 kW，组件效力到达 17.3%。

4.凯盛科技团体有限公司

2023年5月，该团体出产的小尺寸 (30 cm×30 cm)CIGS 薄膜光伏组件的量产最高组件效力到达 20.3%。

另外，该团体与德国 TüV NORD 团体配合设立了 CIGS 薄膜光伏手艺结合尝试室，用在展开 CIGS 薄膜光伏组件测试手艺研发。

薄膜光伏发电手艺的建筑利用

薄膜光伏组件凭仗柔嫩合用性性，弱光性、可长时候延续发电的优势，在密集排布的建筑场景中具有显著的利用优势，而且具有多种利用情势。

a. 薄膜光伏曲面屋顶

b. 薄膜光伏装潢性构件

c. 薄膜光伏采光顶

d. 薄膜光伏玻璃幕墙

发电机能对照

Thin-film solar cell

从上表可以看出：CdTe 薄膜光伏组件的单块尺寸、峰值功率偏小，其单元面积峰值功率为 151.0 W/m2，比拟在单晶硅光伏组件和多晶硅光伏组件别离低32.1% 和 13.3%。

 

而 CdTe 薄膜光伏组件的工作电压为 137.20 V，是晶硅光伏组件的 3～4 倍，工作电流则相对较小，是以薄膜光伏系同一般采纳“多并少串”的体例，适配薄膜光伏系统的电力电子装备应斟酌其高电压、低电流的工作特征。

 

单元装机面历年发电量对照

 

在屋面的程度面和正南朝向 30°倾角安装前提下，CdTe 薄膜光伏组件的单元装机面历年发电量别离为 208 kWh/m2，239kWh/m2，低在单晶硅光伏组件，但相较在多晶硅光伏组件则别离超出跨越 11% 和 8%。

比拟之下，单晶硅光伏组件在两种安装体例下的单元装机面历年发电量相差 17.5%，而 CdTe 薄膜光伏组件的仅相差 13.0%。

整体来看，因为单晶硅光伏组件的单元装机面历年发电量更高，是以在屋顶装机空间有限、太阳辐照资本较好，且以最年夜化发电量为重要方针时，单晶硅光伏组件更具优势。

 

单元装机面历年发电量年发电小时数

 

 

CdTe 薄膜光伏组件在程度面、南立面、正南朝向30° 倾角安装前提下的年发电小时数别离到达了1377h，1082h和1582h；

比拟之下，单晶硅光伏组件的年发电小时数仅在正南朝向30° 倾角安装前提下跨越了1000h，到达1165h。

是以，在不异装机容量下，相较在单晶硅光伏组件，CdTe 薄膜光伏组件具有更高的发电量，在建筑概况装机空间足够、以寻求可延续发电为方针时，CdTe 薄膜光伏组件的发电机能更佳。

结语

本文系统论述了薄膜光伏发电手艺的道理与成长过程，深切阐发了其国表里财产化近况。

研究注解，薄膜光伏组件凭仗其超薄柔性、弱光机能优良和温度系数低等特征，在建筑光伏一体化（BIPV）范畴揭示出怪异的利用优势。

经由过程对照测试发现，虽然CdTe薄膜组件单元面积峰值功率低在晶硅组件，但其高工作电压和不变的年发电小时数，使其在建筑立面、曲面布局等复杂场景中更具顺应性。

当前，全球薄膜光伏财产由美国First Solar主导，其CdTe手艺已实现范围化出产；国内企业如龙焱能源、成都中建材等也在加快手艺冲破，鞭策国产化历程。

政策层面，国度明白提出撑持CdTe、钙钛矿等薄膜手艺在建筑范畴的利用，为行业供给了明白的成长标的目的。

将来，跟着叠层手艺（如CIGS/钙钛矿）和低碳工艺的前进，薄膜光伏有望进一步冲破效力与本钱瓶颈，成为建筑节能降碳的要害手艺路径。行业需协同政策、手艺与市场三方气力，鞭策薄膜光伏的高质量成长，助力“双碳”方针在建筑范畴的实现。

论文信息：《薄膜光伏成长近况和建筑利用特征研究》王博渊 1，孙峙峰 1，王珊珊 2，王 萌 3，张博宇 1，张昕宇 1*

DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20240423.03

文章编号：1003-0417(2025)03-05-10