TCO玻璃應(yīng)用前景廣闊

       TCO玻璃分享薄膜太陽(yáng)能電池行業(yè)高成長(zhǎng)TCO玻璃是指在平板玻璃表面通過(guò)物理或化學(xué)鍍膜方法均勻的鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide）而形成的組件。對(duì)于薄膜太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，由于中間半導(dǎo)體層幾乎沒(méi)有橫向?qū)щ娦阅?，因此必須使用TCO玻璃有效收集電池的電流，同時(shí)TCO薄膜具有高透和減反射的功能讓大部分光進(jìn)入吸收層。

      雖然目前晶硅電池占主流，薄膜電池也還存在種種問(wèn)題需要解決，但是薄膜電池有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使得發(fā)展前景廣闊：轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)成本改善空間巨大，生產(chǎn)工序相對(duì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能耗少，應(yīng)用范圍廣泛；美國(guó)的薄膜產(chǎn)商First Solar發(fā)展非常迅速，后來(lái)者居上，已成為世界第一大太陽(yáng)能電池企業(yè)；根據(jù)NanoMarkets預(yù)測(cè)，09-15年薄膜電池產(chǎn)量還將有16倍的增長(zhǎng)空間，復(fù)合增速高達(dá)58%；而按照國(guó)內(nèi)目前各廠商的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，國(guó)內(nèi)薄膜太陽(yáng)能電池企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)大幅擴(kuò)產(chǎn)將將拉動(dòng)TCO玻璃需求高增長(zhǎng)。

      TCO玻璃的生產(chǎn)工藝TCO玻璃工藝主要分為超白浮法玻璃生產(chǎn)、TCO鍍膜。

      超白浮法玻璃生產(chǎn)工藝難度較高，目前世界上主要供應(yīng)商有日本旭硝子、美國(guó)PPG、法國(guó)圣戈班等，國(guó)內(nèi)供應(yīng)廠家有限，目前僅金晶科技、南玻、信義能夠供貨。

      太陽(yáng)能TCO鍍膜玻璃當(dāng)前以FTO玻璃為主，AZO玻璃將成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，主要采用化學(xué)氣相沉積法（FTO玻璃）和磁控濺射法（AZO玻璃）。

      太陽(yáng)能TCO玻璃供給有限，發(fā)展空間巨大當(dāng)前太陽(yáng)能TCO玻璃生產(chǎn)控制在少數(shù)國(guó)外廠商手中，如板硝子、旭硝子、AFG、PPG等；我國(guó)近年來(lái)雖然有多家研究機(jī)構(gòu)和公司申請(qǐng)了TCO鍍膜的發(fā)明專利，但仍未真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并且鍍膜設(shè)備仍受國(guó)外生產(chǎn)商控制。

      當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)寥寥無(wú)幾，已投產(chǎn)的僅有中國(guó)科技、南玻和信義，未來(lái)中航三鑫等企業(yè)將進(jìn)軍TCO玻璃行業(yè)。

      我們看好TCO玻璃的發(fā)展空間。

      產(chǎn)品介紹TCO玻璃是指在平板玻璃表面通過(guò)物理或化學(xué)鍍膜方法均勻的鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide，簡(jiǎn)稱TCO薄膜）而形成的組件。

      透明導(dǎo)電氧化物薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。

      TCO有兩個(gè)主要指標(biāo)：一是對(duì)可見(jiàn)光的高透過(guò)率（T avg >80%），另一個(gè)是高的導(dǎo)電率（R <10-3Ω·cm)）。

      TCO玻璃因其透明、導(dǎo)電的優(yōu)異性能而應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用在太陽(yáng)能薄膜電池、顯示器、熱反射鏡、透明表面發(fā)熱器、柔性發(fā)光器件及雷達(dá)屏蔽保護(hù)等領(lǐng)域。

      TCO在薄膜太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用太陽(yáng)能電池（光伏電池）主要分為晶體硅電池和薄膜電池，當(dāng)前晶體硅占整個(gè)光伏市場(chǎng)80%的份額，薄膜電池占比約20%。

      薄膜太陽(yáng)能電池（thin-film pv）是將半導(dǎo)體薄膜沉積在載體上形成的電池，在光照條件下，半導(dǎo)體薄膜可以利用光升伏打效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)前電極與背電極將電能輸出。
 

      TCO玻璃作為薄膜太陽(yáng)能電池前電極，是其必不可少的一部分，對(duì)于薄膜太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，由于中間半導(dǎo)體層幾乎沒(méi)有橫向?qū)щ娦阅?，因此必須使?a >TCO玻璃有效收集電池的電流，同時(shí)TCO薄膜具有減反射的功能讓大部分光進(jìn)入吸收層；薄膜電池對(duì)TCO玻璃的光譜透過(guò)率、導(dǎo)電性能、霧度等性能都有要求。

      薄膜太陽(yáng)能電池有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)

      雖然目前多晶硅太陽(yáng)能電池仍是主流，但是我們認(rèn)為薄膜太陽(yáng)能電池有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)發(fā)展空間巨大：

      改善空間巨大相比核電和風(fēng)電，太陽(yáng)能電池發(fā)電成本較高導(dǎo)致其大規(guī)模運(yùn)用受限；相比晶硅電池，我們認(rèn)為薄膜太陽(yáng)太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本未來(lái)改善空間更大，將使得太陽(yáng)能更大范圍內(nèi)應(yīng)用；這里所說(shuō)的改善空間主要包含兩個(gè)方面：一是轉(zhuǎn)換效率；二是生產(chǎn)成本。

      轉(zhuǎn)換效率從產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換效率來(lái)看，晶硅電池一般為14-19%，而薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率為5-10%左右；而從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率記錄看，薄膜電池的最高記錄已經(jīng)接近多晶硅電池，將近20%，與目前僅10%上下的轉(zhuǎn)化率相比，未來(lái)的薄膜電池還有翻番的提升空間。

      生產(chǎn)成本

      生產(chǎn)設(shè)備方面：由于薄膜電池技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，并未形成通用技術(shù)和通用設(shè)備，目前提供大尺寸薄膜電池設(shè)備交鑰匙工程的主要是AMAT、Oerlikon以及ULVAC，導(dǎo)致了設(shè)備成本高企，25MW非晶硅薄膜電池生產(chǎn)線的售價(jià)在3億元～4億元人民幣之間，而25MW晶體硅只有4000萬(wàn)元～5000萬(wàn)元，同容量薄膜電池生產(chǎn)線的價(jià)格是晶硅的6-10倍，隨著技術(shù)的進(jìn)步、規(guī)?；a(chǎn)和設(shè)備廠商的增加，設(shè)備的價(jià)格下降空間巨大。

      原材料方面：薄膜電池的主要原材料包括TCO玻璃、EVA、靶材以及氣體。目前TCO玻璃、靶材和硅烷均為國(guó)際巨頭壟斷：高品質(zhì)的太陽(yáng)能TCO玻璃基本被日本的旭硝子、板硝子和美國(guó)的AFG壟斷，溢價(jià)空間小，進(jìn)貨價(jià)格高；靶材目前的國(guó)內(nèi)供應(yīng)仍被國(guó)際大廠把持，德國(guó)賀利氏是全球最大的供應(yīng)商；國(guó)內(nèi)目前也沒(méi)有企業(yè)生產(chǎn)硅烷，而主要國(guó)際大廠擴(kuò)產(chǎn)有限，加之LCD等需求量居高不下，硅烷供應(yīng)仍偏緊張，價(jià)格維持高位。隨著這些原材料的推廣，價(jià)格下調(diào)空間巨大。

      根據(jù)PHOTON的預(yù)測(cè)，未來(lái)薄膜電池的成本將持續(xù)下降，且下降速度快于晶硅電池。

      工序相對(duì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能耗低目前占主流的晶硅太陽(yáng)能電池雖然轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)成熟，但是它存在的最大問(wèn)題：主要原料多晶硅或單晶硅制造工序復(fù)雜、制造能耗大、切片材料利用率低、污染環(huán)境，從而也導(dǎo)致生產(chǎn)成本高；而且太陽(yáng)能本身作為一種可再生的清潔能源，如果在制作太陽(yáng)能電池過(guò)程中需要大量消耗不可再生資源、同時(shí)還帶來(lái)環(huán)境污染，會(huì)使得其可再生的清潔能源打上折扣。而薄膜太陽(yáng)能電池制造工序簡(jiǎn)單、能耗少，能避免這個(gè)缺陷。

      以電耗為例，晶體硅由于使用的硅層較厚，而晶硅層從冶煉、提純、到澆注、切片，工序較多，每個(gè)環(huán)節(jié)消耗的電能也都較多。而非晶硅電池由于薄膜層非常薄，僅為晶體硅的1/100而且工序簡(jiǎn)單，故耗電量較低，非晶硅總體耗電與晶體硅存在數(shù)量級(jí)的差別。

      應(yīng)用范圍廣泛薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用廣泛主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

      能在更廣的環(huán)境下發(fā)電：薄膜太陽(yáng)能電池弱光性好，適用的陽(yáng)光強(qiáng)度范圍廣，受天氣的影響?。怀惺艿臏囟雀?，功率不太容易受溫度影響。

     多樣的基板材料可運(yùn)用在多種領(lǐng)域：晶硅電池必須加工成堅(jiān)硬的板塊狀電池板，限制了它的許多用途；而薄膜太陽(yáng)能電池形式多樣，雙層玻璃剛性的薄膜電池組件可以部分代替玻璃幕墻，不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜電池適用于建筑屋頂?shù)刃枰煨偷牟糠?。同時(shí)，應(yīng)用于建筑中，TCO能很好地阻擋外部紅外射線的進(jìn)入和內(nèi)部熱能的散失，雙層玻璃中間的PVB或EVA，能夠有效隔斷能量的傳導(dǎo)，起到LOW-E玻璃的節(jié)能功能。
       當(dāng)然，目前薄膜電池還存在種種問(wèn)題需要解決：非晶硅存在的主要問(wèn)題是轉(zhuǎn)換效率低，并且有光致衰減效應(yīng)；碲化鎘存在的主要問(wèn)題是鎘化合物會(huì)引起環(huán)境污染，并且碲稀缺，銅銦鎵硒良品率低，而且銦稀缺。

      薄膜電池前景廣闊將帶來(lái)TCO玻璃需求高速增長(zhǎng)first Solar的例子我們以薄膜太陽(yáng)能電池標(biāo)桿企業(yè)--美國(guó)First Solar為例，可以看到薄膜太陽(yáng)能電池企業(yè)發(fā)展之迅速。

      First Solar是總部位于美國(guó)亞利桑那州一家從事碲化鎘薄膜電池生產(chǎn)制造的廠商，成立于1998年，2002年生產(chǎn)出第一塊光伏電池產(chǎn)品，2006年底在美國(guó)納斯達(dá)克上市。

      First Solar一直以驚人速度擴(kuò)張，產(chǎn)量從04年的65MV增至09年的1100MV，番了170倍，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)179%，銷售收入復(fù)合增速173%，現(xiàn)在已經(jīng)躍身成為全球最大的光伏廠商。

      2009年9月8日，中國(guó)政府與First Solar簽署備忘錄，雙方計(jì)劃在內(nèi)蒙古鄂爾多斯建造200萬(wàn)千瓦的太陽(yáng)能發(fā)電廠，這將是世界上最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠，可供300萬(wàn)戶居民用電。

      該公司的薄膜太陽(yáng)能電池單位制造成本已經(jīng)從04年的294美元/瓦壓縮至09年的084美元/瓦，10年1季度已降至081美元/瓦；在2009年8月的會(huì)議上，F(xiàn)irst Solar表示，計(jì)劃2014年其碲化鎘（CdTe）薄膜太陽(yáng)能電池模塊每瓦制造成本將達(dá)到052-063美元，轉(zhuǎn)換效率也將提升至125%。

      薄膜太陽(yáng)能電池行業(yè)快速發(fā)展將拉動(dòng)TCO玻璃需求高增長(zhǎng)

      據(jù)行業(yè)分析公司NanoMarkets預(yù)測(cè)，全球薄膜太陽(yáng)能電池2015年的發(fā)電量將達(dá)到26000MW，銷售額將超過(guò)200億美元，太陽(yáng)能電池發(fā)電量的一半以上將來(lái)自薄膜太陽(yáng)能電池，而2009年薄膜電池的產(chǎn)量?jī)H為1644MW，薄膜電池還將有16倍的增長(zhǎng)空間，09-15年復(fù)合增速將高達(dá)58%。

      中國(guó)企業(yè)也看到了薄膜電池的良好前景，各個(gè)企業(yè)產(chǎn)能飛速擴(kuò)張。根據(jù)各生產(chǎn)商的投產(chǎn)計(jì)劃，Best solar，新奧、源暢光電、強(qiáng)生光電、金太陽(yáng)等主要薄膜電池生產(chǎn)商將在未來(lái)幾年釋放產(chǎn)能，一旦這些生產(chǎn)線投產(chǎn)，產(chǎn)量將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

      按照每50Wp的薄膜太陽(yáng)能電池大約使用1m2的TCO玻璃，國(guó)內(nèi)薄膜太陽(yáng)能電池企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)大幅擴(kuò)產(chǎn)將將拉動(dòng)TCO玻璃需求高增長(zhǎng)。

      TCO玻璃的生產(chǎn)工藝TCO玻璃是指在玻璃表面鍍一層透明的導(dǎo)電薄膜形成的組件，而太陽(yáng)能級(jí)的TCO玻璃的基片一般都使用超白浮法玻璃。

      超白浮法玻璃基片超白浮法玻璃又稱低鐵玻璃、五色玻璃、高透明玻璃，是指由于三氧化二鐵含量低，導(dǎo)致可見(jiàn)光透射率高的浮法玻璃。它于普通浮法玻璃不同，其斷面不會(huì)呈綠色，具有極佳的透光性能，外觀有著與無(wú)色水晶相似的視覺(jué)效果，給人以高貴典雅的感覺(jué)，適合各類建筑裝飾、高檔玻璃家具、高檔轎車玻璃、高檔貴重品展示的柜臺(tái)櫥窗等。又因?yàn)槠涓咄腹饴?，?yīng)用于薄膜太陽(yáng)能電池。

      優(yōu)異的特性適用于薄膜電池基片作為薄膜太陽(yáng)能組件的太陽(yáng)能玻璃必須具備下列特性：

      陽(yáng)光透過(guò)率高、吸收率和反射率低，讓光透過(guò)以便讓其他組件吸收；對(duì)風(fēng)壓、積雪、冰雹、投擲石子等外力和熱應(yīng)力有較高的機(jī)械強(qiáng)度；對(duì)雨水和環(huán)境中的有害氣體具有一定的耐腐蝕性能；長(zhǎng)期暴露在大氣和陽(yáng)光下，性能無(wú)嚴(yán)重惡化；熱膨脹系數(shù)必須與結(jié)構(gòu)材料相匹配，即膨脹系數(shù)要小。
 

       我們以金晶科技的32mm浮法超白玻璃為例（薄膜電池玻璃常采用32mm），它的性能很好地滿足了太陽(yáng)能電池的需求。

      除SiGe薄膜電池和CIGS可用金屬做為基片之外，幾乎其他所有的薄膜電池技術(shù)都采用超白玻璃作為電池芯片的基片材料。

      生產(chǎn)工藝難度較高和普通浮法玻璃相比，超白浮法玻璃工藝難度較高，主要體現(xiàn)在兩個(gè)地方：一是氧化鐵的含量控制困難；二是在原料熔化過(guò)程中，產(chǎn)生的氣泡難于消除。

      國(guó)內(nèi)供應(yīng)廠家有限目前世界上主要的超白玻璃供應(yīng)商，有日本旭硝子、美國(guó)PPG、法國(guó)圣戈班等。

      超白玻璃的技術(shù)要求很高，需要具備雄厚的技術(shù)和生產(chǎn)資源相配套，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)超白浮法玻璃主要有三家：金晶、南玻A和以及最近推出超白浮法玻璃的信義和中航三鑫，國(guó)內(nèi)其他的企業(yè)如耀皮、遼寧阜新、邢臺(tái)晶牛、南京圣韓等由于質(zhì)量或市場(chǎng)原因，目前已停產(chǎn)。

      TCO玻璃鍍膜工藝太陽(yáng)能TCO鍍膜玻璃當(dāng)前以FTO玻璃為主，AZO玻璃是未來(lái)的發(fā)展方向TCO薄膜主要包括In、Sn、Zn以及Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物等。TCO薄膜根據(jù)材料的不同，主要包括ITO、FTO和AZO。

      ITO的導(dǎo)電性能在目前是最好的，最低電阻率達(dá)10-5Ωcm量級(jí)，但是ITO玻璃因In離子在薄膜太陽(yáng)能電池制作的PEVCD工藝中會(huì)被H離子還原，導(dǎo)致光透過(guò)率衰減80%，電性大幅下降，同時(shí)In是稀有金屬，價(jià)格昂貴，所以不太適用于薄膜太陽(yáng)能電池前電極；FTO是帶有霧度的產(chǎn)品，激光刻蝕容易，光學(xué)性能適宜等優(yōu)點(diǎn)，利用這一技術(shù)生產(chǎn)的TCO玻璃已經(jīng)成為薄膜光伏電池的主流產(chǎn)品；AZO目前研究進(jìn)展迅速，電阻率和光透性都優(yōu)于FTO，且原料豐富，穩(wěn)定性好，是未來(lái)的發(fā)展方向，但目前在制絨方面存在問(wèn)題，并且長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題，暴露在大氣中它會(huì)吸附氧和水汽，目前工業(yè)化應(yīng)用還不成熟。

      鍍膜工藝主要采用APCVD或磁控濺射法目前，TCO鍍膜方法主要采用化學(xué)氣相沉積法（FTO玻璃），和磁控濺射法（AZO玻璃）。

      濺射沉積薄膜主要以惰性氣體放電而產(chǎn)生的正離子轟擊固體陰極，入射離子與靶材發(fā)生碰撞，從而把被濺射物質(zhì)做成的靶材表面原子轟擊出來(lái)，被濺射出來(lái)的原子帶有一定的動(dòng)能，會(huì)沿一定的方向射向襯底，在襯底上沉積出薄膜。磁控濺射法鍍的膜均勻性較好，但是就我們國(guó)家來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量靶材的制備工藝還不成熟，需要從國(guó)外進(jìn)口，生產(chǎn)成本就相應(yīng)較高。另外，由于磁控濺射法必須在一定的真空條件下進(jìn)行，因而在一定程度上限制了透明導(dǎo)電玻璃的有效制備面積。

      化學(xué)氣相沉積法是利用氣態(tài)(蒸氣)先驅(qū)物，在高溫襯底表面或附近，進(jìn)行原子或分子間的化學(xué)反應(yīng)，形成一層固態(tài)沉積物的過(guò)程。這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品成本相對(duì)較低，激光刻蝕容易，光學(xué)性能適宜等優(yōu)點(diǎn)。

      太陽(yáng)能TCO玻璃供給有限，發(fā)展空間巨大國(guó)外的太陽(yáng)能TCO玻璃生產(chǎn)概況當(dāng)前全球太陽(yáng)能TCO玻璃的生產(chǎn)主要控制在少數(shù)企業(yè)中。

      以旭硝子AGC為例，AGC從1985年就開(kāi)始生產(chǎn)TCO玻璃，隨著太陽(yáng)能電池的發(fā)展，2008年2月，公司專門成立了太陽(yáng)能玻璃事業(yè)部，負(fù)責(zé)TCO玻璃及其他太陽(yáng)能玻璃的生產(chǎn)。

      AGC2009年實(shí)現(xiàn)了200億日元的銷售收入，增速達(dá)100%，根據(jù)公司計(jì)劃，2010年將保持75%的增長(zhǎng)，達(dá)到350億日元。

      我國(guó)自有TCO鍍膜技術(shù)仍未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，需從國(guó)外引進(jìn)從在我國(guó)申請(qǐng)的專利情況來(lái)看，早在2000年就有清華大學(xué)申請(qǐng)了專利，截止到目前不完全統(tǒng)計(jì)已有14項(xiàng)。申請(qǐng)的單位主要為學(xué)校與研究所（7個(gè)）、中資企業(yè)（4個(gè)）、外資企業(yè)（3個(gè)），可以看出學(xué)校與研究所等的研究機(jī)構(gòu)仍是擁有專利的主流，但是這些技術(shù)只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；擁有專利的中企也尚未有大規(guī)模生產(chǎn)TCO的規(guī)劃，當(dāng)前我國(guó)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)仍來(lái)自國(guó)外。

      TCO鍍膜設(shè)備受國(guó)外生產(chǎn)商控制當(dāng)前能夠提供TCO鍍膜設(shè)備掌握在少數(shù)幾個(gè)公司手中，如美國(guó)歐瑞康、德國(guó)的Von Ardenne和Leybold-Optics，這些企業(yè)2000年前后開(kāi)發(fā)出TCO鍍膜玻璃設(shè)備。大企業(yè)壟斷設(shè)備導(dǎo)致了投資成本很高。

      當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)很少，未來(lái)發(fā)展空間巨大目前能夠生產(chǎn)的企業(yè)寥寥無(wú)幾，已投產(chǎn)的僅有中國(guó)科技、南玻A、與信義玻璃，而中航三鑫、浙江福萊特等企業(yè)已經(jīng)開(kāi)工。

      我們看好TCO玻璃的發(fā)展空間。