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碲化镉电池的技术壁垒

由于技术壁垒极高,CdTe电池行业的竞争格局十分清晰。目前碲化镉产业化的公司仅有三家,美国的First Solar是绝对霸主,占据几乎全部碲化镉组件的出货量;德国的Calyxo和中国的龙焱科技也分别有少量组件出货。从效率来看,First solar也存在显著优势,不仅领衔实验室效率记录,量产效率也是明显优于竞争对手。因此,薄膜电池行业性的成长红利大概率会被少数企业充分攫取。

碲化镉组件制备流程短,加工总时长不超过3小时。碲化镉薄膜组件可分解为三个主要步骤:沉积、后处理和组装测试,并且可以在同一条产线上完成。其中沉积步骤又可分为各层的沉积,后处理主要指的是对沉积的薄膜进行一定的退火、腐蚀等处理,是提高器件性能不可或缺的一步。

封装则是为了保证组件25年寿命。从一块玻璃进入产线到最后完整的组件,总时长只需2-3小时,每块组件的平均生产节拍可控制在1分钟以内。相比之下,晶硅产业链需要从多晶硅料-硅片-电池片-组件四个环节,每个环节又有多个步骤,相对繁琐。

沉积方案是核心环节,专利和技术是核心壁垒。三个步骤中,后处理和封装都大同小异,工艺难度和复杂性也不高;沉积工艺是核心工艺环节,也是决定最终组件性能最关键的一步。

CdTe薄膜的沉积技术有多种路线,包括气相输运沉积(VTD)、近距离升华(CSS)、常压物理气相沉积(APPVD)、溅射沉积、电镀沉积等十余种。实践证明,气相输运沉积(VTD)技术和近距离升华(CSS)技术最适合于工业化生产。

其中,VTD技术的主要特点是镀膜速度快,均匀性高,产量大,材料利用率高,无需更换原材料,技术独有性强,后续器件工艺与其他技术兼容;

SS技术的主要特点是:镀膜速度快,容易获得高效率产品,均匀性设计对热场设计依赖性强,原材料更换需要特别设计,主要技术公开,后续器件工艺与其他技术兼容。

从全球碲化镉薄膜电池制造商所在技术阵营看,美国First Solar公司是全球唯一一家采用气相输运沉积(VTD)技术的企业。VTD技术是First Solar公司的专利技术,并严格禁止其他企业采用;近距离升华(CSS)技术由于技术公开,全球大部分企业都采用该项技术;常压物理气相沉积(APPVD)技术的专利拥有者则是美国俄亥俄州的Solar Fields公司及其子公司德国Calyxo。

近年来不断有企业由于成本居高不下被迫退出,目前全球范围内有量产能力的CdTe电池企业仅有美国First Solar、德国Calyxo、中国的龙焱科技及中建材光电,其中能够大规模生产碲化镉(CdTe)薄膜光伏组件的企业只有美国First Solar一家,其产量约占全球总产量的95%以上。

可见,碲化镉薄膜电池技术产业化并不是一件单纯的技术工作,而是一项综合性很强的系统工程,实现该技术的产业化有较大的难度。

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