TCO玻璃應用前景廣闊

       TCO玻璃分享薄膜太陽能電池行業(yè)高成長TCO玻璃是指在平板玻璃表面通過物理或化學鍍膜方法均勻的鍍上一層透明的導電氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide）而形成的組件。對于薄膜太陽能電池來說，由于中間半導體層幾乎沒有橫向導電性能，因此必須使用TCO玻璃有效收集電池的電流，同時TCO薄膜具有高透和減反射的功能讓大部分光進入吸收層。

      雖然目前晶硅電池占主流，薄膜電池也還存在種種問題需要解決，但是薄膜電池有其獨特的優(yōu)勢使得發(fā)展前景廣闊：轉換效率和生產(chǎn)成本改善空間巨大，生產(chǎn)工序相對簡單、生產(chǎn)能耗少，應用范圍廣泛；美國的薄膜產(chǎn)商First Solar發(fā)展非常迅速，后來者居上，已成為世界第一大太陽能電池企業(yè)；根據(jù)NanoMarkets預測，09-15年薄膜電池產(chǎn)量還將有16倍的增長空間，復合增速高達58%；而按照國內(nèi)目前各廠商的擴產(chǎn)計劃，國內(nèi)薄膜太陽能電池企業(yè)的擴產(chǎn)大幅擴產(chǎn)將將拉動TCO玻璃需求高增長。

      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商有日本旭硝子、美國PPG、法國圣戈班等，國內(nèi)供應廠家有限，目前僅金晶科技、南玻、信義能夠供貨。

      太陽能TCO鍍膜玻璃當前以FTO玻璃為主，AZO玻璃將成為未來發(fā)展趨勢，主要采用化學氣相沉積法（FTO玻璃）和磁控濺射法（AZO玻璃）。

      太陽能TCO玻璃供給有限，發(fā)展空間巨大當前太陽能TCO玻璃生產(chǎn)控制在少數(shù)國外廠商手中，如板硝子、旭硝子、AFG、PPG等；我國近年來雖然有多家研究機構和公司申請了TCO鍍膜的發(fā)明專利，但仍未真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并且鍍膜設備仍受國外生產(chǎn)商控制。

      當前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)寥寥無幾，已投產(chǎn)的僅有中國科技、南玻和信義，未來中航三鑫等企業(yè)將進軍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物理或化學鍍膜方法均勻的鍍上一層透明的導電氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide，簡稱TCO薄膜）而形成的組件。

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

      TCO有兩個主要指標：一是對可見光的高透過率（T avg >80%），另一個是高的導電率（R <10-3Ω·cm)）。

      TCO玻璃因其透明、導電的優(yōu)異性能而應用廣泛，可以應用在太陽能薄膜電池、顯示器、熱反射鏡、透明表面發(fā)熱器、柔性發(fā)光器件及雷達屏蔽保護等領域。

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

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

      TCO玻璃作為薄膜太陽能電池前電極，是其必不可少的一部分，對于薄膜太陽能電池來說，由于中間半導體層幾乎沒有橫向導電性能，因此必須使用TCO玻璃有效收集電池的電流，同時TCO薄膜具有減反射的功能讓大部分光進入吸收層；薄膜電池對TCO玻璃的光譜透過率、導電性能、霧度等性能都有要求。

      薄膜太陽能電池有其獨特的優(yōu)勢

      雖然目前多晶硅太陽能電池仍是主流，但是我們認為薄膜太陽能電池有其獨特的優(yōu)勢，未來發(fā)展空間巨大：

      改善空間巨大相比核電和風電，太陽能電池發(fā)電成本較高導致其大規(guī)模運用受限；相比晶硅電池，我們認為薄膜太陽太陽能電池的發(fā)電成本未來改善空間更大，將使得太陽能更大范圍內(nèi)應用；這里所說的改善空間主要包含兩個方面：一是轉換效率；二是生產(chǎn)成本。

      轉換效率從產(chǎn)業(yè)化轉換效率來看，晶硅電池一般為14-19%，而薄膜電池的轉換效率為5-10%左右；而從實驗室轉化率記錄看，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%上下的轉化率相比，未來的薄膜電池還有翻番的提升空間。

      生產(chǎn)成本

      生產(chǎn)設備方面：由于薄膜電池技術發(fā)展時間較短，并未形成通用技術和通用設備，目前提供大尺寸薄膜電池設備交鑰匙工程的主要是AMAT、Oerlikon以及ULVAC，導致了設備成本高企，25MW非晶硅薄膜電池生產(chǎn)線的售價在3億元～4億元人民幣之間，而25MW晶體硅只有4000萬元～5000萬元，同容量薄膜電池生產(chǎn)線的價格是晶硅的6-10倍，隨著技術的進步、規(guī)模化生產(chǎn)和設備廠商的增加，設備的價格下降空間巨大。

      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、靶材和硅烷均為國際巨頭壟斷：高品質的太陽能TCO玻璃基本被日本的旭硝子、板硝子和美國的AFG壟斷，溢價空間小，進貨價格高；靶材目前的國內(nèi)供應仍被國際大廠把持，德國賀利氏是全球最大的供應商；國內(nèi)目前也沒有企業(yè)生產(chǎn)硅烷，而主要國際大廠擴產(chǎn)有限，加之LCD等需求量居高不下，硅烷供應仍偏緊張，價格維持高位。隨著這些原材料的推廣，價格下調(diào)空間巨大。

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

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

      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而且工序簡單，故耗電量較低，非晶硅總體耗電與晶體硅存在數(shù)量級的差別。

      應用范圍廣泛薄膜太陽能電池應用廣泛主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

      能在更廣的環(huán)境下發(fā)電：薄膜太陽能電池弱光性好，適用的陽光強度范圍廣，受天氣的影響小；承受的溫度高，功率不太容易受溫度影響。

     多樣的基板材料可運用在多種領域：晶硅電池必須加工成堅硬的板塊狀電池板，限制了它的許多用途；而薄膜太陽能電池形式多樣，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煨偷牟糠帧Ｍ瑫r，應用于建筑中，TCO能很好地阻擋外部紅外射線的進入和內(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，起到LOW-E玻璃的節(jié)能功能。
       當然，目前薄膜電池還存在種種問題需要解決：非晶硅存在的主要問題是轉換效率低，并且有光致衰減效應；碲化鎘存在的主要問題是鎘化合物會引起環(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TCO玻璃需求高速增長first Solar的例子我們以薄膜太陽能電池標桿企業(yè)--美國First Solar為例，可以看到薄膜太陽能電池企業(yè)發(fā)展之迅速。

      First Solar是總部位于美國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年底在美國納斯達克上市。

      First Solar一直以驚人速度擴張，產(chǎn)量從04年的65MV增至09年的1100MV，番了170倍，年復合增長率高達179%，銷售收入復合增速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，中國政府與First Solar簽署備忘錄，雙方計劃在內(nèi)蒙古鄂爾多斯建造200萬千瓦的太陽能發(fā)電廠，這將是世界上最大的太陽能發(fā)電廠，可供300萬戶居民用電。

      該公司的薄膜太陽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月的會議上，F(xiàn)irst Solar表示，計劃2014年其碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池模塊每瓦制造成本將達到052-063美元，轉換效率也將提升至125%。

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

      據(jù)行業(yè)分析公司NanoMarkets預測，全球薄膜太陽能電池2015年的發(fā)電量將達到26000MW，銷售額將超過200億美元，太陽能電池發(fā)電量的一半以上將來自薄膜太陽能電池，而2009年薄膜電池的產(chǎn)量僅為1644MW，薄膜電池還將有16倍的增長空間，09-15年復合增速將高達58%。

      中國企業(yè)也看到了薄膜電池的良好前景，各個企業(yè)產(chǎn)能飛速擴張。根據(jù)各生產(chǎn)商的投產(chǎn)計劃，Best solar，新奧、源暢光電、強生光電、金太陽等主要薄膜電池生產(chǎn)商將在未來幾年釋放產(chǎn)能，一旦這些生產(chǎn)線投產(chǎn)，產(chǎn)量將實現(xiàn)快速增長。

      按照每50Wp的薄膜太陽能電池大約使用1m2的TCO玻璃，國內(nèi)薄膜太陽能電池企業(yè)的擴產(chǎn)大幅擴產(chǎn)將將拉動TCO玻璃需求高增長。

      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電薄膜形成的組件，而太陽能級的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，導致可見光透射率高的浮法玻璃。它于普通浮法玻璃不同，其斷面不會呈綠色，具有極佳的透光性能，外觀有著與無色水晶相似的視覺效果，給人以高貴典雅的感覺，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櫥窗等。又因為其高透光率，應用于薄膜太陽能電池。

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

      陽光透過率高、吸收率和反射率低，讓光透過以便讓其他組件吸收；對風壓、積雪、冰雹、投擲石子等外力和熱應力有較高的機械強度；對雨水和環(huán)境中的有害氣體具有一定的耐腐蝕性能；長期暴露在大氣和陽光下，性能無嚴重惡化；熱膨脹系數(shù)必須與結構材料相匹配，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)在兩個地方：一是氧化鐵的含量控制困難；二是在原料熔化過程中，產(chǎn)生的氣泡難于消除。

      國內(nèi)供應廠家有限目前世界上主要的超白玻璃供應商，有日本旭硝子、美國PPG、法國圣戈班等。

      超白玻璃的技術要求很高，需要具備雄厚的技術和生產(chǎn)資源相配套，國內(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，國內(nèi)其他的企業(yè)如耀皮、遼寧阜新、邢臺晶牛、南京圣韓等由于質量或市場原因，目前已停產(chǎn)。

      TCO玻璃鍍膜工藝太陽能TCO鍍膜玻璃當前以FTO玻璃為主，AZO玻璃是未來的發(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的導電性能在目前是最好的，最低電阻率達10-5Ωcm量級，但是ITO玻璃因In離子在薄膜太陽能電池制作的PEVCD工藝中會被H離子還原，導致光透過率衰減80%，電性大幅下降，同時In是稀有金屬，價格昂貴，所以不太適用于薄膜太陽能電池前電極；FTO是帶有霧度的產(chǎn)品，激光刻蝕容易，光學性能適宜等優(yōu)點，利用這一技術生產(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，是未來的發(fā)展方向，但目前在制絨方面存在問題，并且長期穩(wěn)定性問題，暴露在大氣中它會吸附氧和水汽，目前工業(yè)化應用還不成熟。

      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，從而把被濺射物質做成的靶材表面原子轟擊出來，被濺射出來的原子帶有一定的動能，會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，但是就我們國家來說，高質量靶材的制備工藝還不成熟，需要從國外進口，生產(chǎn)成本就相應較高。另外，由于磁控濺射法必須在一定的真空條件下進行，因而在一定程度上限制了透明導電玻璃的有效制備面積。

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

      太陽能TCO玻璃供給有限，發(fā)展空間巨大國外的太陽能TCO玻璃生產(chǎn)概況當前全球太陽能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年就開始生產(chǎn)TCO玻璃，隨著太陽能電池的發(fā)展，2008年2月，公司專門成立了太陽能玻璃事業(yè)部，負責TCO玻璃及其他太陽能玻璃的生產(chǎn)。

      AGC2009年實現(xiàn)了200億日元的銷售收入，增速達100%，根據(jù)公司計劃，2010年將保持75%的增長，達到350億日元。

      我國自有TCO鍍膜技術仍未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，需從國外引進從在我國申請的專利情況來看，早在2000年就有清華大學申請了專利，截止到目前不完全統(tǒng)計已有14項。申請的單位主要為學校與研究所（7個）、中資企業(yè)（4個）、外資企業(yè)（3個），可以看出學校與研究所等的研究機構仍是擁有專利的主流，但是這些技術只停留在實驗室階段，尚未實現(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，當前我國產(chǎn)業(yè)化的技術仍來自國外。

      TCO鍍膜設備受國外生產(chǎn)商控制當前能夠提供TCO鍍膜設備掌握在少數(shù)幾個公司手中，如美國歐瑞康、德國的Von Ardenne和Leybold-Optics，這些企業(yè)2000年前后開發(fā)出TCO鍍膜玻璃設備。大企業(yè)壟斷設備導致了投資成本很高。

      當前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)很少，未來發(fā)展空間巨大目前能夠生產(chǎn)的企業(yè)寥寥無幾，已投產(chǎn)的僅有中國科技、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)開工。

      我們看好TCO玻璃的發(fā)展空間。