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 薄膜份額兩起兩落，BIPV或驅(qū)動新一輪擴張

薄膜太陽能電池（以下簡稱薄膜電池）是晶硅電池之后的第二代太陽能電池，起源于上世紀(jì)70年代，其在全球光伏電池出貨量中占比最高曾達30%以上，是光伏發(fā)展歷史中具有濃墨重彩的一部分。薄膜電池按材料種類不同可分為硅基（a-Si）、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、砷化鎵（GaAs）薄膜電池等，其中碲化鎘薄膜電池組件是商業(yè)化最成功的一種，也是在全球光伏組件出貨量占比前十中的唯一一種薄膜電池。

市場份額兩起兩落，整體受晶硅持續(xù)壓制。根據(jù)FraunhoferISE的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們認(rèn)為薄膜電池在全球光伏市場上的份額經(jīng)歷了四輪較大的周期：

1）1980-1989年，硅基薄膜電池的興起帶動薄膜電池市場份額快速提升；

2）1990-2003年，硅基薄膜電池由于效率過低發(fā)展受限，市場份額持續(xù)下滑；

3）2004-2009年，美國FirstSolar（FSLRUS）實現(xiàn)碲化鎘低成本量產(chǎn)，薄膜電池市場份額有所回升；

4）2010至今，隨著中國光伏企業(yè)的晶硅成本快速下降且效率大幅領(lǐng)先，薄膜電池失去低成本優(yōu)勢，市場份額被不斷壓縮。

在這四輪周期中，薄膜電池的市場份額最高曾達到30%以上，而2020年已降至5%左右，2021年預(yù)計仍將進一步下降。在薄膜電池中，起初由硅基薄膜電池占據(jù)主導(dǎo)地位，在FirstSolar開始大規(guī)模量產(chǎn)后碲化鎘的出貨量及占比快速提升，2020年全球碲化鎘薄膜電池出貨量6.1GW，占薄膜電池總量的78%。

薄膜電池具有更高的理論轉(zhuǎn)化效率，但目前實驗和量產(chǎn)最高效率低于晶硅。以碲化鎘為例，由于其具有遠(yuǎn)超晶硅的吸光能力，且由于碲化鎘薄膜具有一個約1.5eV的直接帶隙，其光譜響應(yīng)與太陽光譜的更加匹配，根據(jù)《CdTe-basedThinFilmSolarCells:Past,PresentandFuture》，其理論最高轉(zhuǎn)化效率可達32%，比晶硅電池高3pct左右。

然而，目前碲化鎘薄膜電池的實驗室和量產(chǎn)最高轉(zhuǎn)化效率分別為22.1%和19.7%（均由FirstSolar創(chuàng)造）；而作為對比，晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率則在始終高于碲化鎘的基礎(chǔ)上仍在持續(xù)提升，目前實驗室最高效率已達27.6%，量產(chǎn)效率上晶科能源（688223CH）的TOPCon電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率已超過24.5%。其他薄膜電池中，當(dāng)前實驗室最高轉(zhuǎn)化效率為CIGS的23.4%（由SolarFrontier創(chuàng)造），與晶硅電池的效率同樣有不小差距。

碲化鎘是商業(yè)化最成功的薄膜電池

FirstSolar一家獨大，引領(lǐng)行業(yè)艱難中前進。雖然碲化鎘的轉(zhuǎn)化效率并不是薄膜電池中最高的，但得益于FirstSolar在量產(chǎn)技術(shù)上的持續(xù)突破（過去十年平均每年組件轉(zhuǎn)化效率提升0.5pct以上），碲化鎘成為了最主流的薄膜電池。

2006年起碲化鎘在薄膜電池中占比超過50%，此后呈逐漸上升趨勢，2020年達78%。FirstSolar憑借其規(guī)模及技術(shù)優(yōu)勢持續(xù)優(yōu)化單位制造成本，因此得以在行業(yè)內(nèi)長期與晶硅抗衡，其碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)量占全球薄膜電池組件總產(chǎn)量95%以上，也是全球光伏組件出貨量前十中的唯一一家薄膜電池企業(yè)。

近年來全球光伏市場火熱，F(xiàn)irstSolar也接連宣布擴產(chǎn)計劃，預(yù)計到2023產(chǎn)能將增長至14.5GW，其碲化鎘組件產(chǎn)量和全球市占率也自2017年開始持續(xù)回升，2021年分別達7.9GW和4%，帶動薄膜電池組件的全球市場份額觸底反彈。

碲化鎘薄膜電池的基本結(jié)構(gòu)由五個部分組成，包括玻璃襯底（入射太陽光）、起到透光和導(dǎo)電作用的TCO層（前部接觸層）、n型窗口層（形成異質(zhì)結(jié)）、p型吸收層（CdTe）、背接觸層和背電極（降低CdTe與金屬電極接觸勢壘并連接外電路）。

近年來，碲化鎘薄膜電池轉(zhuǎn)化效率的由此前的16.7%大幅提升至22.1%主要得益于兩項應(yīng)用創(chuàng)新，一是在吸收層中引入了1，使吸收層的帶隙縮小至1.4eV，因此可以吸收更多的低能光子；二是將窗口層中的CdS替換成了MgZnO，降低了載流子損耗。

摻雜或為未來提升轉(zhuǎn)化效率的方向。目前限制碲化鎘提升效率的主要因素在于CdTe的帶隙使得其開路電壓無法達到最佳范圍（900mV以內(nèi)），而開路電壓主要取決于少數(shù)載流子（少子）造成的載流子復(fù)合，可以通過摻雜其他物質(zhì)進行改變。增加摻雜的濃度，可以減少平衡時少子的濃度從而降低開路電壓；但另一方面，增加摻雜的濃度會減少少子的擴散長度，即減少其壽命，且不利于載流子的收集。因此，摻雜是目前碲化鎘薄膜電池研究中的難點，也是提升其效率的關(guān)鍵因素之一。

碲化鎘技術(shù)壁壘較高，沉積方法是核心工藝。碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中難度較高的有兩個環(huán)節(jié)，分別是TCO玻璃生產(chǎn)和碲化鎘沉積。TCO玻璃生產(chǎn)分為超白浮法玻璃生產(chǎn)和TCO鍍膜兩步，其中TCO使用的超白浮法玻璃相比普通建筑用的超白浮法玻璃對透光性要求更高，TCO鍍膜的工藝也存在一定難度，目前具有量產(chǎn)能力的公司僅有日本旭硝子、板硝子和國內(nèi)的金晶科技等少數(shù)幾家公司。

而在碲化鎘吸收層沉積是碲化鎘電池生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，其沉積工藝也是決定最終組件性能的關(guān)鍵。目前碲化鎘沉積的主要技術(shù)路線有氣相輸運沉積（VTD）、常壓物理氣相沉積（APPVD）、近距離升華法（CSS）和電沉積法等，其中VTD和CSS被實踐證明最適合于工業(yè)化生產(chǎn)。VTD是FirstSolar的獨家專利技術(shù)，CSS則是公開技術(shù)。國內(nèi)龍焱能源均采用CSS技術(shù)，并已開發(fā)了部分自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，實現(xiàn)部分核心設(shè)備國產(chǎn)化。

較高的技術(shù)壁壘也是造成薄膜電池行業(yè)參與公司較少的主要原因之一，F(xiàn)irstSolar也憑借著其獨家專利技術(shù)在行業(yè)內(nèi)一家獨大。近年來國內(nèi)幾家公司通過國外收購與自主研發(fā)等路徑，已掌握較為成熟的碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)技術(shù)，量產(chǎn)效率也逐漸向世界領(lǐng)先水平靠攏；而上游優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)TCO玻璃供應(yīng)業(yè)有望與之形成一定產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)。

建筑光伏齊發(fā)力，BIPV競品仍需驗證

晶硅龍頭相繼入局，薄膜競爭力尚待驗證。2021年7月，晶科能源發(fā)布了其以晶硅組件為主體的透光/全黑/彩色幕墻BIPV產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化效率可達20.4%；隆基股份（601012CH）亦發(fā)布了其光伏幕墻產(chǎn)品“隆錦”。我們可以看到頭部晶硅組件廠商已開始積極布局幕墻BIPV產(chǎn)品，他們作為行業(yè)龍頭在規(guī)模、渠道等方面具有明顯優(yōu)勢，而在技術(shù)上晶硅路線的效率也是一直領(lǐng)先于薄膜路線。

我們?nèi)砸郧拔腂IPV模型為基礎(chǔ)，將其中的碲化鎘薄膜組件替換成轉(zhuǎn)化效率為20%的晶硅組件，衰減率按單晶硅第一年3%，由于晶硅的弱光性弱于碲化鎘，我們假設(shè)其發(fā)電效率為薄膜組件的60%-90%。考慮到晶硅組件價格相對穩(wěn)定且透明（以1.85元/W為參考），我們通過調(diào)整薄膜組件價格及晶硅發(fā)電效率兩個參數(shù)，觀察到在當(dāng)前價格下，晶硅發(fā)電效率為薄膜的60%左右時兩者才具有相同的經(jīng)濟性；當(dāng)晶硅發(fā)電效率為薄膜的90%時，薄膜的價格需要比晶硅便宜23.7%（即薄膜價格為290元/平）時兩者才具有相同的經(jīng)濟性。

薄膜龍頭超前布局產(chǎn)能，靜待需求釋放。規(guī)模化生產(chǎn)及持續(xù)的降本增效一直是光伏組件領(lǐng)域競爭的關(guān)鍵，目前全球具有GW級以上產(chǎn)能的薄膜電池組件公司僅有FirstSolar和日本的SolarFrontier（未上市）兩家，其中FirstSolar以7.9GW（截至2021年底）的碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)能產(chǎn)能遙遙領(lǐng)先于其他公司；而受于競爭壓力，SolarFrontier已于2021年10月宣布將于2022年6月停止其銅銦鎵硒薄膜電池的生產(chǎn)。FirstSolar在其2021年年報中表示將繼續(xù)擴大其產(chǎn)能，到2023年有望新增6.6GW，體現(xiàn)出其對光伏產(chǎn)業(yè)的持續(xù)看好以及對自身技術(shù)的強大信心。

國內(nèi)公司中，成都中建材/中山瑞科/龍焱能源分別現(xiàn)有100/100/130MW碲化鎘薄膜電池組件產(chǎn)能?？紤]國內(nèi)公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率目前仍與晶硅差距較大，因此其目標(biāo)市場以幕墻BIPV為主，屋頂BIPV為輔。其中，中國建材近年來已連續(xù)投資超過百億建設(shè)多個GW級薄膜電池基地，產(chǎn)能規(guī)劃超過5GW，龍焱能源也在積極尋找融資伙伴合作建廠。

時過境遷，現(xiàn)在有何不同？

目前全球碲化鎘薄膜電池組件的主要應(yīng)用市場仍為集中式光伏電站，F(xiàn)irstSolar通過不斷提升的組件效率及規(guī)?；a(chǎn)帶來的低成本優(yōu)勢得以與晶硅的競爭；其他薄膜電池公司在效率差距較大的情況下亦未能實現(xiàn)量產(chǎn)，因此發(fā)展較為困難。然而，隨著我國建筑節(jié)能率的提升以及超低能耗/零碳建筑的興起，分布式光伏迎來蓬勃發(fā)展期，建筑光伏一體化（BIPV）也有望為薄膜電池帶來發(fā)展新機遇。

2011年漢能薄膜太陽能電池制造基地正式投產(chǎn)，此后多年內(nèi)又相繼投產(chǎn)多個薄膜電池生產(chǎn)基地成為全球最大的薄膜太陽能企業(yè)，一度掀起了國內(nèi)薄膜電池的投資熱潮。然而，由于產(chǎn)品競爭力、需求等不及預(yù)期，不僅漢能面臨破產(chǎn)危機，許多已開工的薄膜電池項目也步入停擺或終止?fàn)顟B(tài)。如今隨著BIPV風(fēng)口來襲，薄膜電池再次受到廣泛關(guān)注，我們回顧行業(yè)最近幾年發(fā)生的變化，總結(jié)有如下幾點不同之處。

（1）政策支持力度加大，需求有望加快放量。2018年5月，發(fā)改委、財政部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項的通知》，提出優(yōu)化光伏發(fā)電新增建設(shè)規(guī)模、加快光伏發(fā)電補貼退坡，給我國光伏行業(yè)帶來“急剎車”。受此影響，深賽格（000058CH）和凱龍股份（002783CH）接連公告暫停其碲化鎘薄膜電池組件項目。我們在前文的測算中提到，薄膜電池BIPV的經(jīng)濟性仍較弱，其發(fā)展對政策扶持的依賴程度較大。

而自2020年9月我國明確提出雙碳目標(biāo)以來，BIPV和綠色建筑相關(guān)政策如雨后春筍般接踵而至，光伏行業(yè)發(fā)展再次進入新的階段。2020年10月，中國光伏行業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會BIPV標(biāo)準(zhǔn)工作組正式成立；今年兩會上，全國人大代表彭壽建議修訂與完善BIPV標(biāo)準(zhǔn)，加速制定出臺發(fā)電玻璃等新型光伏材料與建筑材料集成的光電建筑構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)。我們認(rèn)為BIPV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系有望逐步建立，推動行業(yè)向規(guī)范化、規(guī)模化、高質(zhì)量發(fā)展。

建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提升是強制性文件，目前建筑節(jié)能降碳的措施已基本采用，建筑光伏是既能提升發(fā)電增益，也是降低綜合能耗的重要舉措。結(jié)合前文的經(jīng)濟性來看，目前北京、南京、廣州、西安等城市有專門的BIPV補貼政策，補貼標(biāo)準(zhǔn)由0.3-0.5元/kW不等，我們認(rèn)為這些發(fā)達城市高端建筑需求旺盛，加上相關(guān)政策支持，有望率先成為BIPV的突破口。

（2）量產(chǎn)效率上臺階，降本空間可期待。國內(nèi)薄膜電池組件缺乏競爭力的核心原因是轉(zhuǎn)化效率較低而成本較高，且關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備受國外壟斷。2018年之前，國內(nèi)碲化鎘薄膜電池代表公司龍焱能源的量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率僅為13%，而FirstSolar及主流晶硅組件已可達18%以上。近年來，國內(nèi)公司通過加大力度自主研發(fā)以及組件國際化團隊等方式在技術(shù)上取得突破，量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率持續(xù)提升至16%以上，縮小了與領(lǐng)先水平的差距。

以FirstSolar為參考，其產(chǎn)能由75MW提升至1GW以上時，單位成本由1.23美元/W下降至0.87美元/W，降幅29%；由1.2GW提升至3GW以上時，單位成本由0.87美元/W下降至0.42美元/W，降幅達52%；由3.8GW提升6.3GW時，單位成本下降至0.2美元左右，再次減半。雖然單位成本同樣還受技術(shù)、產(chǎn)品尺寸、原材料等多方面影響，但我們認(rèn)為由規(guī)模帶來的降本空間仍值得期待。

（3）跨產(chǎn)業(yè)深入合作，BIPV進入項目落地階段。我們認(rèn)為BIPV或沿著“試點-落地-推廣”的進程發(fā)展，過去幾年內(nèi)我們可以看到有國家電投總部大樓智慧能源項目、北京冬奧會國家速滑館項目等多個具有代表性的示范項目順利完成，充分說明了薄膜電池組件BIPV的可行性和實用性。我們認(rèn)為頻繁的戰(zhàn)略合作布局說明了產(chǎn)業(yè)鏈多方合力推動BIPV的決心，BIPV項目有望步入實際性的落地階段。從訂單上，江河集團2022年以來合計公告中標(biāo)超過5億元的光伏幕墻訂單，也進一步驗證了行業(yè)發(fā)展的趨勢。

原標(biāo)題：薄膜光伏：歷經(jīng)浮沉，或觸底回升