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[信息] 太阳能-快速成长的薄膜太阳能电池

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发表于 2008-11-29 22:12:58 | 显示全部楼层

太阳能-快速成长的薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池不受限于以硅为原料:目前传统太阳能电池是以硅为原料的硅晶太阳能电池,但在原料多晶硅价格高涨下,用硅较少的硅薄膜电池以及完全不需用硅而使用其他材料的碲化镉、铜铟硒/铜铟镓硒(CIS/CIGS)、三五族化合物(例如砷化镓)及染料敏化电池等,为太阳能电池的另一发展趋势,其中硅薄膜太阳能电池为目前主流技术。

  薄膜太阳能电池成长性高,BIPV 为其重要应用:预估2008年产量可达800.6MW,年成长率 68.19%,2009 年可再成长59.61% ,在整体太阳能电池产量的市佔率可突破1/5达22.5%,在市佔率不断提高下,显见薄膜太能电池的成长力道强劲。由于薄膜太阳能电池的质轻、可挠、可透光的特性可作广泛的应用,其中与建材结合,成为建材一体型太阳能电池(BIPV)将是薄膜太阳能的最大利基应用。预估2015年薄膜太阳能电池的最大应用将是 BIPV,佔整体薄膜太阳能电池应用的 45%。

  国内业者切入以硅薄膜技术为主:全球前十大薄膜厂商所使 用的技术中,除了美国 First Solar 以碲化镉,德国 Wurth Solar以 CIGS 为主之外,其馀8 家厂商均以硅薄膜技术为主,而国内厂商亦有相同情况,其中绿能、联相、宇通、旭能、奇美能源、富阳、大亿光能以发展硅薄膜技术为主,另有永大投入染料敏化电池技术,川飞、亚化、新能光电投入铜铟镓 硒太阳能电池技术。

  ◆投资建议:

  绿能(3519) PER 10~15X 区间操作

  益通(3452) PER 15X 买进

  一、前言

  现阶段太阳能电池中,以硅晶圆式太阳能电池为主流,2007 硅晶圆式太阳能电池安装量佔整体太阳能电池安装量九成。而近几年来在环保意识高升与各国政府推出各种补贴政策下,太阳能电池需求大幅成长,因而使得硅晶圆式太阳能电池最上游原料多晶硅有供不应求的状况,多晶硅价格一路攀升,因而使得多家太阳能厂商投入用硅较少或以非硅原料的薄膜太阳能电池的研究与开发。虽然薄膜太阳能电池的出货量仍远低于硅晶圆式太阳能电池,但薄膜太阳能电池具有成本低与多用途应用之优点,因而薄膜太阳能电池的成长率有高于整体太阳能产业的情况。

  二、薄膜太阳能电池简介

  ◆薄膜太阳能电池的应用材料不受限于硅

  太阳能电池依其使用的材料种类可分为以硅为材料与非硅材料两大类,而硅晶材料电池依据其晶格排列方式又可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅三种。其中单晶与多晶属于硅晶圆式太阳能电池,而非晶硅则应用于薄膜太阳能电池。非硅材料的部分则可分为化合物电池、有机、无机材料均可应用于薄膜太阳能电池。

  

  目前展望较佳的太阳能薄膜电池则以硅薄膜电池、碲化镉、铜铟硒/铜铟镓硒(CIS/CIGS)、三五族化合物(例如砷化镓)及染料敏化电池。其中硅薄膜太阳能电池为目前主流技术,而碲化镉太阳能电池在美国 First  Solar的成功销售下,2007年成为出货量最大的薄膜太阳能电池,CIGS太阳能电池虽有转换效高的优点,但由于量产经验不足,目前市佔率仍低。另外三五族的砷化镓太阳能电池转换效率虽高,但成本高,目前以应用于航太领域为主,染料敏化电池则尚未大量 生产。

  ◆硅薄膜太阳能电池

  非晶硅(amorphous silicon)薄膜太阳能电池已发展超过 30 年,最早商品化的硅薄膜太阳能电池使用在计算机、手錶等产品上,硅薄膜太阳能电池中硅的结晶排列杂乱,相对结晶硅太阳能电池中的硅则排列较为规则。硅薄膜太阳能的製程不同于硅晶太阳能电池需经过长晶、切晶、製成 Cell 与模组化等程序,硅薄膜太阳能电池有六道製程,首先在玻璃基板上形成一层透明导电氧化物薄膜(TCO),其次以雷射将此薄膜图形化;第三步则是以电浆式化学气相沉积法(Plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)在 TCO上进行硅薄膜的连续镀膜,接着再以雷射将硅薄膜图形化,然后再以物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition,PVD)在硅薄膜上进行金属镀薄,最后再以雷射把金属薄膜图形化,完成之后,各个电池间就可藉着金属与TCO薄膜相连接,在玻璃上形成模组且进行封装后完成薄膜太阳能电池模组。

  以往硅薄膜太阳能电池为单层非晶硅技术,由于非晶硅具有较佳的光吸收能力,因此仅需较薄的吸收层,但红光及红外光等能量较小光源则无法吸收而限了其转换效率,转换效率约 6~7%,另外硅薄膜由于其结构的影响而有光劣化的问题,在使用后的短时间内效率会衰退 15~35%。为提升转换效率,目前太阳能厂商多以结合微晶硅的堆叠式(a-Si/uc-Si ,Tandem)技术製造,转换效率可达8~10%,近期甚至已有三层结构(triple structure)的产品,而基板材料也从玻璃增加了可挠式金属基板。

  

  ◆碲化镉(CdTe)太阳能电池

  碲化镉(Cadmium Telluride,CdTe)薄膜太阳能电池为市场上另一已实际量产的薄膜太阳能电池,目前由美国 First  Solar 一家独大的局面,电池结构与非晶硅太阳能电池相似,只是以碲化镉代替硅。碲化镉太阳能电池的製程一开始与硅薄膜太阳能相似,先在玻璃基板上形成 TCO,再利用成本较低的技术如 CSS法或VTD等方法形成 CdS 层与CdTe 层,并涂佈一层 CdCl2 达到活性化效果。CdTe太阳能电池虽有生产成本底的优势,但因对镉所带来的重金属污染有所疑虑,因此目前全球生产的厂商仅美国 First Solar 与德国 ANTEC Solar 等少数厂商,且目前均使用硬式的玻璃基板,尚未有可挠式产品上世。

  ◆铜铟硒/铜铟镓硒(CIS/CIGS)太阳能电池

  铜铟镓硒(Copper Indium Gallium Diselenide,CIGS)薄膜太阳能电池在早期以铜、铟、硒三种元素组成为主,形成铜铟硒太阳能电池(CuInSe2,CIS),后续才加入镓或硫而製成转换效率较佳的铜铟镓硒(CuInGaSe2,CIGS)太阳能电池,目前实验室效率可达19.2%%,而大面积模组的效率最高可约可达 13%。铜铟镓硒太阳能电池的最大问题在于铟的矿藏有限,加上硫化硒与镉的毒性与这四种材料不易精密控制,使得 CIGS 太阳能电池未能大量生产。在结构上,CIGS太阳能电池结构与其他薄膜太阳能电池最大的不同处在于其玻璃基板是在最底层,非在受光面,如图三。

  

  ◆染料敏化太阳能电池(DSSC)

  染料敏化电池(Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC)由于结构简单,具有材料成本低及製程简单的优点,而且还可以用印刷方式进行大面积的大量生产。由于所使用的是有机染料,因此 DSSC 另有有机染料太阳能电池的名称。染料敏化电池的结构由两片玻璃基板、两片 TCO  与电极,而与其他薄膜太阳能电池最大的不同在于其中间使用液态的电解液、再加入光触媒与染料,其中电极材料以铂为主,电解液则以碘离子(I3-/I-)为主,另外以奈米二氧化钛(TiO2)做为光触媒,利用染料吸收太阳光,达成太阳能发电。目前为了增加实用性,已开始发展由可挠式基板取代玻璃基板,以胶态电解液甚至是固态电解液取代液态电解液。

  
 楼主| 发表于 2008-11-29 22:15:32 | 显示全部楼层
三、全球薄膜太阳能电池发展现况

  ◆薄膜太阳能电池成长性佳

  薄膜太阳能电池随着太阳能电池需求急增而快速成长,加上硅晶太阳能电池

  

  所需之料源(多晶硅)因缺货而价格大涨下,多家厂商投入用硅量较少或完全不需使用硅料的薄膜太阳能电池的研发生产。由于薄膜太阳能电池不受限于使用硅原料且应用范围广,因此成长性较传统硅晶太阳能电池佳。

  以 IEK 的资料显示 2007 年薄膜太阳能电池的产量为 476MW,佔整体太阳能电池产量的 17%,2008 年产量可达 800.6MW,年成长率 68.19%,2009年可再成长59.61%,在整体太阳能电池产量的市佔率可突破 1/5 达22.5%,在市佔率不断提高下,显见薄膜太能电池的成长力道强劲。

  

  ◆薄膜太阳能电池的优点

  薄膜太阳能电池由于厚度约仅一般硅晶太阳能电池的1/100~1/600(图六),因此重量较轻,应用于建筑物上时,可减少建筑物的压力,加上其可封装于可挠式基板,因此可製成轻薄的产品应用于可携式物品或与其他产品整合。另外由于材料需求少且可连续製程製造,因此原料成本较传统硅晶太阳能电池低。薄膜太阳能电池由于有较低的温度係数,转换效率较不受气温影响,且受照度影响较小,在低照度下仍可维持较佳的转换效率。另外薄膜太阳能电池可製成可透光模组,整合应用在建筑的玻璃上。

  

  ◆建材一体应用为薄膜太阳能电池的重要应用

  一般硅晶太阳能电池可应用于市电併网、离网应用、特殊应用,其中市电併网型应用为目前主流,主要是因为各国政府补助政策以市电併网型为主。薄膜太阳能电池亦可作为以上应用,且相较于硅晶太阳能电池只能使用硬式玻璃基板,薄膜太阳能电池的质轻、可挠、可透光的特性可作广泛的应用,其中与建材结合,成为建材一体型太阳能电池(Building-integrated photovoltaic,BIPV)将是薄膜太阳能的最大利基应用。不同类型的薄膜太阳能电池有其最适用之应用市场,但其本均以商业用或居住用併网型为主,而以 IEK 的研究数据显示,2015 年薄膜太阳能电池的最大应用将是 BIPV,产值可达 32.37 亿美元,佔整体薄膜太阳能电池应用的 45%,将应用在併网型的居住、商业及工业建筑上。

  

  ◆薄膜太阳能电池的能源偿付期短

  除了用硅料较少或完全不需用硅之外,薄膜太阳能电池的另一优势为能源偿付期间(Energy Pay-Back Time)较传统硅晶太阳能电池短,相较于硅晶太阳能电池在生产多晶硅与硅晶圆时的高耗电,能源偿付期间需2.2 年~2.7年,非晶硅太阳能电池的能源偿付期间仅需1.1年;日本薄膜太阳能电池大厂 Kaneka公的统计为1.6 年(图八),而碲化镉太阳能电池1年,而铜铟镓硒太阳能电池的能源偿付期间更短,仅需 0.9年(表二)。

  

  ◆薄膜太阳能电池的最大成本来自于设备支出

  薄膜太阳能电池虽具有原料成本的优势,但在实际建置时,由于薄膜沉积製程设备昂贵,因此整体薄膜电池訯备支出约硅晶圆太阳能电池设备的二~四倍。以 IEK 的研究数据,建置 25MW 的厂,硅薄膜技术生产线需投资约 15 亿元,而硅晶圆太阳能电池则投资约3~5 亿元。若以 100MW 的电池模组装置成本估计,薄膜较硅晶电池的设备成本多出约一~二倍(表三)。若是 32MW 堆叠式硅薄膜太阳能电池中电池设备即佔了成本结构中的29%,若是 15W 的 CIGS 薄膜模组,设备即佔了32%,显示薄膜太阳能电池设备为其最大成本支出。

  

  ◆硅薄膜技术为目前薄膜技术主流

  统计 2007 年全球前十大薄膜太阳能电池厂出货量,美国 First Solar 以 200MW的产量排名第一,相较于出货量第二大的 United Solar 出货量仅 48MW,First Solar远超过其他薄膜太阳能电池厂,且为唯一以薄膜技术可排名至全球前十大太阳能电池厂的公司(包含硅晶圆、薄膜)。而前十大薄膜厂商所使用的技术中,除了美国 First Solar以碲化镉,德国 Wurth Solar 以 CIGS 为主之外,其馀 8家厂商均以硅薄膜技术为主,2007 年硅薄膜佔薄膜比重约 63%,显见薄膜技术仍为薄膜技术的主流。

  
 楼主| 发表于 2008-11-29 22:16:17 | 显示全部楼层
◆国内业者积极切入

  由于硅薄膜太阳能电池的技术为各项薄膜技术中较为成熟者,加上相关设备厂可提供 Turnkey的服务,因此台湾厂商切入薄膜领域以硅薄膜太阳能电池为主。国内第一家投入薄膜太阳能电池的为光华开发投资的大丰能源(1988年成立),而上市(柜)公司中则有绿能、益通、联电、中环等相继投入此一领域。

  国内业者中绿能使用美国应材的设备,并採 8.5代面板规格;联相、大亿光能则 採用日商 ULVAC 的设备;宇通光能与富光电阳则採用瑞士厂商Oerlikon的设备。各种薄膜太阳能电池技术中,绿能、联相、宇通、旭能、奇美能源、富阳、大亿光能以硅薄膜技术为主,另有永大投入染料敏化电池技术,川飞、亚化、新能光电投入铜铟镓硒太阳能电池技术。

  

  四、结论

  在现有石化能源有限及环保意识高涨下,太阳能产业趋势确定向上,虽然主流产品仍为硅晶太阳能电池,但在全球多晶硅产能不足、价格高涨下,使用硅原料极少或完全不需使用硅原料的薄膜太阳能电池为另一选择,目前主流薄膜技术为硅薄膜太阳能电池。

  薄膜太阳能电池由于应用范围广,且有材料成本低与轻、薄、可透光等特性,因此结合建材一体的 BIPV 为薄膜技术的利基型应用。在多家厂商投入下,薄膜太阳能电池成长率优于整体太阳能电池产业,预期在2009年之后在太阳能产业的市佔率可达 20%以上。

  国内相关业者以投入硅薄膜相关技术的厂商家数较多,主要是硅薄膜技较为成熟,且可购买整厂设备;但相对来说国内厂商亦对相关设备厂商依赖度较高。由于购置薄膜太阳能电池设备成本高,因此将压缩薄膜厂商的获利。

  国内专业太阳能厂商目前仅绿能(3519)将在 2009 年开始量产,而益通(3452)则转投资宇通光能,将在 4Q08 底开始量产,由于益通除了投资宇通之外,在原有硅晶太阳能电池领域的垂直整合度较佳,建议买进。

  五、重点股

  ◆绿能(3519)

  ◇营运概况

  绿能目前产线有 80 台长晶炉,2008 年目标产能为 200MW。绿能的营运策略是以供货给合约客户为主,以长久稳定的出货为优先考量,且在 03/2008、04/2008与 9 家客户签定长达 8 年,总金额约 15 亿美金的供货合约,07/2008 再与与韩国厂商 DC Chemical 签订八年美金 8.58 亿元供料合约,以提升合约料源比例。

  绿能的产品是以多晶 wafe 为主,不同于国内其它 wafer 厂中的合晶以单晶为主,而中美晶则单、多晶并重。由于营运策略与料源掌握度的关係,绿能的经营以代工为主,2007 年代工的比例约 80%,1Q08 则在 60%~70%,预期 2H08 的代工比例将再拉升至 80%以上。在自有料原掌握上,仅 30%~40%,较另外两家 wafer厂低。在市场料源仍吃紧下,公司在衡量目前料源掌状况下,2008~2009年尚无进一步增加长晶炉的计画,仅准备透过製程将目前生产晶碇的重量由目前的270公斤增加至 450 公斤,来增加多晶片的产出量。另外由于内蒙的电价 度电不到台湾一半的价格,绿能在内蒙设立长晶厂,目标产能为 1GW,预计大陆所需佔50%。

  由于公司的营运策略,加上长约客户价格已订定,预期下半年晶圆出货的合约价格将维持稳定,营收不易再随现货市场价格大幅波动。预估 3Q08 营收为23.97亿元,QoQ+4.07%,4Q08 营收则与 3Q08 持平,预估 4Q08 营收23.51 亿元。

  由于传统硅晶圆太阳能电池受到多晶硅原料短缺的限制,绿能在看好薄膜太阳能电池发展下,与美国应材合作切入硅薄膜太阳能电池领域。目前薄膜製程的主核心设备 PECVD(化学气相沉积)已在 05/2008 入厂装机,将于 12/2008 进入量产,产能为 30MW,4Q09 产能为 50MW,目前预期转换效率约 6%,目前接获订 单将是 2009 年非晶硅薄膜太阳能面板产能的 4 倍,薄膜太阳能电池将从2009年起成为绿能的另一营收成长动能。

 楼主| 发表于 2008-11-29 22:17:39 | 显示全部楼层
◇获利预估

  预估 2008 年营收 90.06 亿元,YoY+78.61%,而毛利率则在代工比例逐季走升下,预期 3Q08~4Q08 的毛利率将低于 2Q08,预估全年毛利率为 25.1%,税后 淨利14.21亿元,税后 EPS  13.25 元。2009 年在加入薄膜产品销售及部分长晶炉扩充下,预估 2009 年营收为 97.63 亿元,毛利率 23.3%,税后淨利 15.11 亿元,税后 EPS14.08 元。

  

  ◆益通(3452)

  ◇营运概况

  2008年多晶硅的供给仍吃紧,下游电池厂对料源的掌握度为其获利能力的关键,因此料源的取得为太阳能业者最重要的课题。益通为维持其获利并提升其竞争力,积极进行垂直整合。除转投资美国晶圆厂 ADEMA 之外,并投入 2 亿元参与 M.Setek  第二座多晶硅厂的兴建,未来将取得约当此座多晶硅厂总产量之50%(每年至少 1500 吨)多晶硅原料,益通对未来料源的掌握程度将可提升。除向上整合之外,另外益通亦对下投资模组厂生耀与系统厂 Gloria,为国内垂直整合度较佳的厂商之一。

  

  益通在 4 月起向料源供应商 M.Setek 取得多晶硅后,料源掌握状况已好转;公司表示在M.Setek  供货状况符合预期下,2008  年所需料源已可完全掌握(表 五),加上目前产能已达 230MW,4Q08 产能可达 320MW,因此 2H08 营收将可逐季成长,IBTS 预估 3Q08营收与 4Q08 营收分别为 44.93 亿元与 48.63 亿元。由于自有料源比重将可逐季提升,预估 4Q08 自有料源比重将可达 80%,毛利率亦将逐季走升,预估 3Q08 毛利率 16.76%,而 4Q08 毛利率可达 16.46%。

  

  益通与光宝、汉民、神通合资成立宇通,益通持股宇通光能 23.86%,使用Oerlikon 的 Turn Key 设备之后,汉民为设备商可提升第二条线设备自製比率,神 通提供所需使用气体,以及光宝的集团资源,虽然短期获利贡献低,但宇通为益通长期策略性佈局。09/2008 装机,4Q08开始小量产生产,产能为 60MW,产品8-10%的转换效率。

  ◇获利预估

  由于 M.Setec  供料顺利,IBTS  预估益通 2008  年营收 149.07亿元,毛利率16.29%,税后淨利 16.83 亿元,EPS 16.66 元。在新产能开出下,预估 2009年出货成长 65.89%,营收 196.73 亿元,YoY+31.97%,毛利率 14.98%,税后淨利 21.16亿元,EPS 20.95 元。

  
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