1、书书书北京市科委软科学研究课题（Z 1 0 1 1 0 8 0 0 2 1 1 0 0 1 7）光伏产业路线图 北京光伏产业技术路线图研究李海玲 王红梅 王文静 蔡永香 李大鹏 谢潜思 著机 械 工 业 出 版 杜本书从战略的角度全面剖析了光伏产业未来的发展，并结合实际情况提出了北京光伏产业发展的愿景目标。本书从产业链的角度，对技术产业的现状与发展趋势进行了全面且系统的分析。此外，本书还对北京光伏产业中的技术壁垒进行了介绍，并给出了攻克技术壁垒的对策。本书附录中还给出了国外经典的光伏产业路线图供读者参考。图书在版编目（C I P）数据 光伏产业路线图：北京光伏产业技术路线图研究/李海玲等著.北
2、京：机械工业出版社，2 0 1 2.2 I S B N9 7 8-7-1 1 1-3 7 2 1 3-4.光.李.太阳能发电-电力工业-产业发展-研究-北京市.T M 6 1 5 F 4 2 6.6 1 中国版本图书馆 C I P数据核宇（2 0 1 2）第 0 1 2 0 1 6号机械工业出版社（北京市百万庄大街 2 2号 邮政编码 1 0 0 0 3 7）策划编辑：付承桂 责任编辑：任 鑫 版式设计：刘 岚责任校对：张 媛 责任印制：乔 宇北京机工印刷厂印刷（三河市南杨庄国丰装订厂装订）2 0 1 2年 4月第 1版第 1次印刷1 8 4 m mx 2 6 0 m m 6.5印张1 3 8
3、千宇00 0 1 20 0 0册标准书号：I S B N9 7 8-7-1 1 1-3 7 2 1 3-4定价：3 0.0 0元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心：（0 1 0）8 8 3 6 1 0 6 6销售一部：（0 1 0）6 8 3 2 6 2 9 4销售二部：（0 1 0）8 8 3 7 9 6 4 9读者购书热线：（0 1 0）8 8 3 7 9 2 0 3 网络服务门户网：h t t p：/w w w.c m p b o o k.c o m教材网：h t t p：/w w w.c m p e d u.c o m封面无防伪标均为盗版前 言随
4、着杜会的发展，能源与环境问题越来越凸显，因此清洁、可再生能源的开发与应用得到了广泛的关注。在众多可再生能源中，光伏发电具有成本较低、转换效率较高，并且应用形式广泛、不受环境限制等优点，成为了最具发展前景的可再生能源。随着光伏发电技术的日益成熟，光伏发电在能源体系中的地位被一再重新定义，从传统能源的补充能源到现在的最重要的传统能源的替代能源之一，国际能源署（I E A）甚至认为在 2 1 0 0年左右，光伏及光热发电将能够提供 8 0%以上的总能源需求，成为人类的主要能源。光伏发电技术潜力巨大！事实上，光伏发电技术已走出实验室，发展成具有一定规模的产业。光伏产业的发展，促进了光伏发电技术的成熟、
5、发电成本的下降，也带动了经济的发展，同时创造了大量的劳动岗位。2 0 1 0年世界累计光伏装机量达到近 4 0 G W，累计发电约 5 0 T Wh。以每兆瓦创造 3 5个工作岗位计算，光伏产业累计提供约1 5 0万个工作岗位。然而，光伏发电电价仍高于常规发电电价，光伏发电市场仍是市场补贴下的市场。随着光伏发电技术的进步，光伏发电平价上网时代终将到来。世界各国及各研究机构普遍预测，光伏发电的平价上网将在 2 0 1 52 0 2 0年实现。光伏发电平价上网的实现意味着光伏发电自由市场的实现，也意味着光伏发电市场规模的激增。在产业快速发展前夕，产业技术更加活跃。新技术不断涌现，革新无处不在，任何
6、一项新技术的成熟都可能导致整个产业技术格局的巨变。因此，放眼未来、定位聚焦、找准市场、逆向思考、探索技术发展路径，无疑具有重要意义。“北京光伏产业技术路线图研究”项目正是在这样的背景下诞生的。由北京市科委科技宣传与软科学处立项，拟在北京地区采用路线图方法开展北京市光伏产业技术路线图研究，分析光伏产业未来市场需求和发展趋势，剖析北京市太阳能光伏产业的行业环境、资源状况，确定北京市太阳能光伏产业的发展目标和关键问题，系统地探讨并选择适合于北京光伏产业的技术发展路径。本项目是北京市科委软科学处的 2 0 1 0年招标课题。项目研究过程中得到了光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究市科委科技宣传与
7、软科学处和北京市长城企业战略研究所的大力支持和指导，他们对课题研究方向的把握、路线图方法的指导是课题顺利完成的关键，课题组表示衷心的感谢。同时也感谢北京高新技术创业服务中心在课题进行过程中给予的帮助，感谢课题进行期间配合调研的京内京外光伏企业和业内专家。最后感谢课题组全体成员，通过北京新材料发展中心和中国科学院电工研究所的所有课题成员通力合作，克服种种困难，最终保证课题高效优质的完成。本书正是在“北京光伏产业技术路线图研究”的基础上完成的。由于时间、水平和经验有限，书中难免有所疏漏或不妥之处，欢迎杜会各界专家、读者批评指正。李海玲中国科学院电工研究所目 录前言第 1章 引言1 1.1 背景1
8、1.2 目的2 1.3 工作方法2 1.4 主要结论2 1.5 相关建议2第 2章 综述与背景4 2.1 光伏产业发展前景预测4 2.2 制定产业技术路线图的范围和边界8 2.3 制定产业技术路线图方法论概述8 2.4 产业技术路线图制定工作方法（流程）概述1 0第 3章 行业技术路径分析1 1 3.1 产业技术分析1 1 3.1.1 晶体硅电池1 1 3.1.2 薄膜电池1 2 3.1.3 染料电池1 3 3.1.4 有机电池1 4 3.2 电池技术特征1 4 3.2.1 转换效率1 4 3.2.2 组件衰减1 6 3.2.3 对温度的敏感性1 6 3.3 光伏发电系统应用种类1 7 3.4
9、 市场细分1 8第 4章 光伏产业国内外对比分析2 0 4.1 晶体硅电池产业2 1 4.1.1 多晶硅提纯2 1 4.1.2 硅片制造2 2 4.1.3 电池/组件制造2 3 4.2 薄膜电池产业2 4 4.2.1 薄膜硅电池产业2 4 4.2.2 C I G S电池产业2 6 4.2.3 C d T e 电池产业2 6 4.3 光伏设备制造产业2 7光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究 4.3.1 晶体硅电池制造设备产业2 7 4.3.2 薄膜硅太阳电池生产装备2 8 4.3.3 其他薄膜电池生产设备产业2 8 4.3.4 总结2 9 4.4 光伏逆变器产业2 9 4.5 光伏市场分
10、析3 0 4.5.1 市场应用现状3 0 4.5.2 光伏市场鼓励政策3 1 4.6 我国光伏产业大省现状3 4 4.6.1 江苏省3 4 4.6.2 浙江省3 5 4.6.3 河北省3 5 4.6.4 江西省3 5 4.6.5 四川省3 5 4.6.6 福建省3 6 4.7 光伏技术研发现状分析3 6 4.7.1 晶体硅电池3 6 4.7.2 薄膜硅电池3 7 4.7.3 C I G S电池3 8 4.7.4 C d T e 电池4 0 4.7.5 光伏逆变器4 2 4.7.6 光伏研发水平差距分析4 3第 5章 北京光伏产业 S WOT分析4 5 5.1 北京光伏产业现状分析4 5 5.2
11、 北京光伏技术研发现状分析4 9 5.3 北京光伏产业现状总结5 1 5.4 北京光伏产业 2 0 1 5年愿景分析5 2第 6章 市场需求与产业目标分析5 3 6.1 市场需求分析5 3 6.1.1 市场应用区域需求分析5 3 6.1.2 市场应用类型需求分析5 3 6.1.3 市场技术需求分析5 5 6.1.4 2 0 1 1 2 0 1 5年市场需求分析5 6 6.2 产业目标分析5 7第 7章 技术壁垒及研发项目分析5 8 7.1 晶体硅电池产业分析5 8 7.1.1 晶体硅电池产业链分析5 8 7.1.2 晶体硅电池产业技术壁垒及研发项目分析5 9 7.2 薄膜硅电池产业分析6 2
12、7.2.1 薄膜硅电池产业链及技术分析6 2目 录 7.2.2 薄膜硅电池产业技术壁垒及研发项目分析6 3 7.3 逆变器技术6 5 7.4 储备技术6 6 7.4.1 C I G S太阳电池6 6 7.4.2 C d T e 太阳电池6 7第 8章 北京光伏产业技术路线图绘制6 8 8.1 晶体硅电池技术6 9 8.1.1 晶体硅电池产业愿景与目标6 9 8.1.2 晶体硅产业技术发展路线图6 9 8.1.3 分阶段目标6 9 8.1.4 关键技术实现途径7 0 8.2 薄膜硅电池7 0 8.2.1 薄膜硅电池产业愿景与目标7 0 8.2.2 薄膜硅电池产业技术路线图7 1 8.2.3 分阶
13、段目标7 1 8.2.4 关键技术实现途径7 2 8.3 逆变器技术7 2 8.3.1 愿景与目标7 2 8.3.2 需开展研发项目7 2 8.4 储备技术7 3 8.4.1 愿景与目标7 3 8.4.2 需开展研发项目7 3第 9章 配套政策7 4第 1 0章 结束语7 7附录7 8 附录 A 课题参与单位和人员7 8 附录 B 经典路线图汇编7 8 B.1 技术路线图 太阳能光伏（T e c h n o l o g yR o a d m a p-S o l a r P h o t o v o l t a i cE n e r g y）7 8 B.2 欧洲光伏产业协会路线图（E P I AR
14、 o a d m a p）8 8 B.3 光伏产业路线图至 2 0 3 0年及以后（P VR o a d m a pt o 2 0 3 0+）9 0 B.4 太阳能发电的未来 美国光伏产业路线图至 2 0 3 0及以后（O u r S o l a r P o w e rF u t u r e-T h eU.S.P h o t o v o l t a i cI n d u s t r yR o a d m a pT h r o u g h2 0 3 0a n dB e y o n d）9 2第 1章引 言 1.1 背景 光伏产业过去1 0年间的超高速发展证明了其作为一种战略性新兴产业在世界能源系
15、统中的重要性。光伏技术及其产业的发展不仅涉及国计民生，而且是国家安全战略的重要组 成 部 分。2 0 0 9年 我 国 大 陆 产 出 太 阳 电 池 组 件4 0 1 1 MW，占 当 年 全 球 产 出1 0 6 6 0 MW的3 8%，连续第三年保持全球产量第一，拉动的G D P至少在1 0 0 0亿元以上。它涉及的产业链包括金属硅材料的还原、高纯硅的提纯、硅片的制备、太阳电池制备、电池组件、光伏系统平衡部件的制造、光伏制造业专用设备的制造、系统安装、产业链专用原材料的制备等。光伏发电技术，作为可再生能源发电技术中最为成熟的发电技术之一，具有清洁、安装简单、低维护及模块化等优点，将逐渐部
16、分地取代传统能源为人类生产、生活提供能源，成为传统能源的替代能源，因而光伏产业的市场前景非常广阔。我国光伏产业的前期发展主要依赖于通过简单的产线复制达到规模的扩张，在这一轮发展中，北京落后于其他光伏大省，主要是因为北京的土地、水、电、气等资源成本限制了单纯的规模化扩张。光伏产业通过近十年的技术发展和规模扩张极大地降低了电池组件的成本，而成本的下降速度是制约产业发展速度的一个关键因素。据乐观估计，光伏发电成本将在1 0 2 0年后达到与常规能源相竞争的程度。因而，光伏产业已经发展到了一个非常关键时期，区别于前1 0年的发展，下一阶段光伏产业的发展将更依赖于技术水平的提升。北京光伏产业的突出特点正
17、是研发基础雄厚、技术实力强，因而在这个难得的历史机遇面前，北京应充分发挥优势，抓住机会，依托高端研发实现高端制造，树立北京光伏产业在国内的地位，创造北京经济的新增长点。1光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究 1.2 目的 “北京光伏产业技术路线图”是“科技北京”建议研究的一项专项技术路线图课题，对支撑科技服务业发展具有重要意义，旨在根据“科技北京”行动计划中“大力实施科技振兴产业工程，推动首都经济又好又快发展”的要求，统筹整合首都人才、资金、政策等各类创新资源，加快发展科技服务业。通过路线图的研究，对我国乃至世界范围内光伏产业发展需求进行分析，结合北京在该领域的发展现状，明确北京未来5年
18、在该相关领域的发展重点，发现技术壁垒，凝练技术需求，为北京市政府科技主管部门、行业主管部门提供政策建议，为企业提供发展指引，为研发机构提供科技立项建议，最终为政府培育壮大光伏产业提供支撑和科学决策，从而促进“科技北京”的建设。1.3 工作方法 北京光伏产业路线图由北京新材料中心和中国科学院电工研究所共同承担，参与课题2 0人，历时4个月完成。课题采用德尔菲法、头脑风暴法等方法，通过企业调研、专家访谈、调查问卷及专家研讨会等形式凝聚了行业专家、行业技术研究人员、企业代表等产业相关人员的意见和建议，涉及了北京光伏产业的各个产业环节的企业和研究单位，全面体现了北京光伏产业各行业发展意愿，最后通过科学
19、的方法归纳整理出了北京光伏产业技术路线图。1.4 主要结论 北京光伏产业路线图主要的结论如下：1）北京光伏产业的突破点在高端技术与高端制造上，应利用现有基础发挥优势，将北京打造成高端技术与制造中心；2）设备制造方面，加速关键设备国产化进程，有针对性地突破技术壁垒，实现2 0 1 5设备国内占有率第一的目标；3）电池制造方面，加速实验室向产线技术的转移，重点在于高效电池技术的产业化；4）逆变器技术方面，大型光伏并网、微网逆变器性能达到国际先进水平，实现示范应用；5）技术储备方面，加强C I G S、C d T e的研发投入，为其产业化的到来做准备。1.5 相关建议 相应的建议如下：2第 1章 引
20、 言 1）加强研发投入。关注产业发展态势，预测产业发展趋势，制定短、中、长期研发计划；资助结构应该考虑处于不同发展阶段的不同种技术。2）通过联合研发中心（实验室）、重大项目、产业技术联盟等形式加强产学研合作，疏通产学研通道，加速实验室技术向产业的转移。3）集中力量扶持重点企业的技术突破，带动北京光伏产业技术的进步。4）重视检测与认证，加快完善光伏并网标准和光伏产品的检测和认证体系；研发光伏并网系统、部件等的检测仪器、技术方法及相关的检测标准，从而保证光伏并网的质量和可靠性，增强北京光伏产业的市场竞争力。3书书书 第 2章综述与背景 2.1 光伏产业发展前景预测 光伏产业是世界上发展速度最快的产
21、业之一，2 0 0 42 0 0 9年的世界总产量分别为1 2 0 1 MW、1 7 9 3 MW、2 5 6 1 MW、4 0 0 0 MW、7 9 0 0 MW、1 0 6 6 0 MW，其年平均增长率达到了5 5.2%。在2 0 0 8年的世界性金融危机的重创下，光伏产业受冲击最小且恢复最快，仍保持着旺盛的增长速度。这些足以说明光伏产业在世界经济体系中的重要地位及潜力。光伏发电作为传统能源的替代产品，具有清洁、绿色、模块化、低维护等特点。光伏发电不仅可以在用电高峰期为传统电力提供补充，而且还可以经济有效地作为电网延伸的替代技术解决偏远地区无电户的用电问题，在不远的未来还将作为传统能源的替
22、代能源为世界能源供应发挥重要作用。目前世界上无电人口达2 0亿左右，发达国家和发展中国家都在积极开展光伏乡村电气化项目，这将是光伏应用的一个主要市场。图2-1表明了光伏将越来越在全球能源供应中起到主要作用。在2 0 3 0年左右，光伏（及光热）将开始表露出其在全球能源供应中的位置，在大约2 0 5 0年光伏（及光热）占能源供应的比重将达到2 0%左右，而到本世纪末将占据主要位置。图2-2所示为不同情景下预测的光伏装机容量的发展趋势。无论哪种模式都意味着光伏产业将表现出较高的增长速度，即使是增长速度最慢的E T P蓝图情景。到2 0 5 0年，光伏产业的规模也将达到近2 0 0 0 G W，是2
23、 0 1 0年总装机容量的6 0倍之多。近一两年，欧美日等光伏大国都纷纷重新更正了之前对光伏产业发展的预测，对光伏发电在整个能源体系中起的作用持更乐观的态度，认为光伏发电将在不远的未来为解决整个人类的能源需求起到显著的作用。2 0 0 8年欧洲光伏工业协会（E P I A）发布“S o l a r G e n e r a t i o nV-2 0 0 8”，认为在政策驱4第 2章 综述与背景 图 2-1 全球能源发展预测（2 0 0 0 2 1 0 0年）（We l t i mWa n d e l：E n e r g i e w e n d ez u r N a c h h a l t i g
24、 k e i t，S p r i n g e r，I S B N3-5 4 0-4 0 1 6 0-1）图 2-2 不同情景下预测的光伏装机容量增长趋势（I E AE n e r g yT e c h n o l o g yP e r s p e c t i v e s 2 0 0 8）动条件下2 0 2 0年欧洲光伏的累计装机容量将达到1 0 0 G W。2 0 0 9年6月，E P I A公布了“S e t f o r 2 0 2 0”，它将光伏发电的目标分三种情景对2 0 2 0年欧洲的光伏累计装机容量进行分析和预测，认为：基本发展模式：1 0 0 G W，加速发展模式：2 0 0 G
25、W，理想发展模式：4 0 0 G W，它们将分别占欧洲电力总需求的4%、6%和1 2%。美国太阳能工业协会（S E I A）在哥本哈根会议上宣布：美国到2 0 2 0年光伏将提供全部电力需求的1 0%，太阳能热利用提供的热水、采暖和制冷将替代电力需求的3%，太阳能热发电将提供电力需求的2%。光伏到2 0 2 0年将提供6 7.6万个工作岗位，每年减排3.8亿t二氧化碳。按照1 MWh光伏电力减排1 t二氧化碳，则2 0 2 0年美国的光伏累计装机容量将达到3 5 0 G W。2 0 1 0年2月美国国会在加利福尼亚州“百万太阳能屋顶”计划的基础上提出了全5光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图
26、研究国范围的“千万太阳能屋顶计划”。该计划是在未来1 0年内在美国全国1 0 0 0万屋顶上安装太阳能光伏发电，仅此一项计划就有大约1 0 0 G W的装机容量。2 0 0 8年6月9日，时任日本首相福田康夫发表了电视演说，计划在2 0 3 0年以前在目前的基础上日本将再增加4 0倍太阳电池装机容量。执行部门又进一步细化为在2 0 2 0年达到累计装机容量为2 0 0 5年（1.4 G W）的2 0倍，即2 8 G W，2 0 3 0年为4 0倍，即5 6 G W。虽然有很多因素都将影响到光伏产业的发展，但是当光伏发电成本达到可以和常规能源相竞争后，光伏发电产业必将得到大规模发展。伴随着光伏产
27、业大规模扩张的是光伏产品价格的降低，光伏市场的建立及光伏产业的扩张速度也都部分地取决于光伏产品价格的降低。光伏产业同其他新兴产业一样都将遵循一定的学习曲线，该学习曲线将决定一个产业随着规模的扩张，产品价格下降的比例。以过去的晶体硅电池产业的发展情况计算得到光伏产业的经验因子为0.1 9，如图2-3所示。这意味着当光伏的总产量达到1 0 0 G W时，光伏组件的价格可以达到1美元/W。对薄膜电池而言，由于薄膜电池成本较低，当总产量达到2 0 G W时可以达到1美元/W的价格。然而，实际上光伏产品的价格下降速度要快于这个预测值，因为光伏产业的技术还处于成熟发展期，技术的不断进步及新材料、新技术的开
28、发在很大程度上加速了这种价格的降低，这又反过来促进了光伏产业的发展。图 2-3 晶体硅和薄膜电池产业的经验因子计算和预测（图中斜线为拟合曲线）图2-4为根据德国电力情况给出的光伏发电成本随着时间的下降曲线。由图中可见光伏发电成本与当地的日照水平有关。图中曲线、分别为年平均日照数为较差的9 0 0 h和较好的1 8 0 0 h时的光伏发电成本随时间的下降趋势，日照情况越好，相同组件的发电成本越低。曲线、为私人零售和小规模商业用电价格，曲线、为大型工业用电价格。从图中可见，随着能源的消耗，常规能源发电价格将逐步上升，而光伏发电随着技术的成熟和产业规模的扩张将逐渐下降。因此从图中可见，在2 0 2
29、0年左右将6第 2章 综述与背景 实现光伏发电与私人零售用电价格相当，这意味着光伏发电将可以大规模用做居民日常生活用电；在2 0 4 0年或以后，光伏发电将可能同工业用电价格相当，大规模用于人类所有社会活动中。图 2-4 光伏发电与常规能源发电价格的竟争为了实现光伏产业的扩张，光伏产业链必须具有支撑产业扩张的能力，如按照E P I A的加速模式的预测，到2 0 2 0年世界光伏装机容量将达到1 6 3 G W（见图2-5），这意味着光伏产业链必须要提供相当于1 6 3 G W的电池配套原材料和相应的设备制造能力，这将极大地带动相关产业的发展。同时这也意味着，仅靠硅原材料可能无法满足产业这样的扩
30、张速度，除了晶体硅之外，还应同时大力发展其他材料的电池，如硅薄膜、C I G S、C d T e电池等，以满足光伏产业的扩张。图 2-5 光伏产业 2 0 0 9 2 0 2 0年产量趋势（引自 E P I A，A.T.K e a m e ya n a l y s i s）图2-6给出了随着时间的推进，不同光伏技术在整个光伏产业中占有的比例。随着7光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究图 2-6 不同光伏技术所占市场份额的变化（2 0 1 0 2 0 3 0）产业规 模 的 扩 张，到2 0 3 0年，晶 体 硅 电 池、薄膜电池和新技术电池将各占1/3左右。这意味着，晶体硅电池尽管所占比
31、例有所下降，但长期内仍不会退出市场，仍将是市场主流技术；薄膜电池及新技术电池将在近期改变目前的局势，在产业技术上获得发展，成为光伏市场的生力军。总之，无论是受迫于环境和能源压力，还是光伏技术本身的成熟和进步，光伏产业都必将得到大规模扩张，在不远的将来成为人类能源系统中一种重要的发电技术。随着光伏产业规模的扩张及技术的进步，光伏产品的价格也必定会不断降低，直到发电成本达到与常规发电技术相竞争的水平。而技术的进步不仅体现在现在主流的晶体硅电池技术上，在未来，没有哪一种技术具有完全优势，多种技术的共同进步才是光伏产业的发展方向。2.2 制定产业技术路线图的范围和边界 北京光伏产业技术路线图涉及整个光
32、伏产业链，包括配套的原材料产业和设备制造产业。本书从整个产业链的角度分析了北京光伏产业的基础和优势及劣势，并根据北京的特点，制定了北京光伏产业技术路线图。在太阳电池设备制造环节，主要的技术包括自动化成套设备技术、真空技术、等离子放电技术、大面积均匀性技术等，主要产品包括铸锭及切片设备（大尺寸单晶炉、大尺寸铸锭炉、多线切片机）、晶体硅太阳电池产生线成套设备（清洗机、扩散炉、P E C V D系统、全自动丝网印刷机、烧结炉、自动效率测试仪及分选机等）、薄膜电池制造设备（P E C V D沉积设备、大尺寸磁控溅射设备等）。在高效低成本太阳电池制造技术方面主要分成单晶硅高效太阳电池和低成本薄膜太阳电池
33、。其主要技术包括激光掺杂光诱导化学镀技术、非晶硅晶体硅异质结技术、金属电极穿透技术、N型电池技术、非晶硅锗薄膜电池、-族薄膜太阳电池技术。形成的产品主要是转换效率高于1 9%的单晶硅太阳电池，转换效率大于1 7%的多晶硅太阳电池；转换效率大于8%的非晶硅硅锗或非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池。2.3 制定产业技术路线图方法论概述 制定北京光伏产业路线图涉及方法有1）德尔菲法；8第 2章 综述与背景 2）头脑风暴法；3）雷达图分析法；4）S WO T分析法；5）主成分关联分析法。1.德尔菲法德尔菲法又名专家意见法，是依据系统的程序，采用匿名发表意见的方式，即团队成员之间不得互相讨论，不发生横向联系，只
34、能与调查人员发生关系，反复地填写问卷，以集结问卷填写人的共识及搜集各方意见，用来构造团队沟通流程，应对复杂任务难题的管理技术。德尔菲法本质上是一种反馈匿名函询法。其大致流程是匿名征求专家意见归纳、统计匿名反馈归纳、统计若干轮后停止。德尔菲法的基本特点为匿名性、反馈性、统计回答。德尔菲法的优点如下：1）能充分发挥各位专家的作用，集思广益，准确性高；2）能把各位专家意见的分歧点表达出来，取各家之长，避各家之短；3）避免权威人士的意见影响他人的意见；4）防止有些专家碍于情面，不愿意发表与其他人不同的意见；5）出于自尊心而不愿意修改自己原来不全面的意见。德尔菲法的缺点是过程比较复杂，花费时间较长。2.
35、头脑风暴法采用头脑风暴法组织群体决策时，要集中有关专家召开专题会议，主持者以明确的方式向所有参与者阐明问题，说明会议的规则，尽力创造融洽轻松的会议气氛。一般不发表意见，以免影响会议的气氛。由专家们“自由”提出尽可能多的方案。3.雷达图分析法雷达图分析法是综合评价中常用的一种方法，尤其适用于对多属性体系结构描述的对象作出全局性、整体性评价。在制定产业技术路线图过程中，它成为判断产业发展趋势、确定产业范围边界的方法工具。雷达图用于同时对多个指标的对比分析和对同一个指标在不同时期的变化进行分析。其优点是直观、形象、易于操作；缺点是当参加评价的对象较多时，很难给出综合评价的排序结果。4.S WOT分析
36、法S WO T分析方法是一种行业或企业的战略分析方法，即根据自身的既定内在条件进行分析，找出优势（S t r e n g t h）、劣势（We a k n e s s）、机会（O p p o r t u n i t y）威胁（T h r e a t），从而判断核心竞争力所在。其中，S、W是内部因素，O、T是外部因素。按照行业或企业竞争战略的完整概念，战略应是一个行业或企业“能够做的”（即组织的强项和弱项）和“可能做的”（即环境的机会和威胁）之间的有机组合。9光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究 2.4 产业技术路线图制定工作方法（流程）概述 北京光伏产业技术路线图通过汇集政府、科研机构、
37、大学和本行业及相关行业企业专家，采用现场咨询、组织调查问卷和召开专业研讨会等方式开展的研究。北京光伏产业技术路线图的制定经历了以下阶段的工作：1.光伏产业成长、产业组织和产业价值规律深入研究在剖析世界光伏产业发展趋势的基础上，结合我国以及北京光伏产业发展现状对产业发展三大规律进行分析归纳。2.北京光伏产业市场及研发需求分析理清北京光伏产业市场需求及为突破技术瓶颈所需要培育和提升的能力，凝练出相关研发项目，确定各个研发项目的研发时间节点、研发组织主体、技术研发模式及研发项目资源需求，并通过对研发项目进行优先性分析，重点对顶级研发项目进行风险、利润及影响力分析。3.北京光伏产业关键技术分析分析影响
38、北京光伏产业目标实现的关键技术，筛选出需要优先解决的关键技术瓶颈问题，为产业选择技术创新战略。4.北京太阳能光伏产业未来发展的目标产品通过需求分析与技术预判，围绕北京具有优势的太阳能光伏电池装备产业与薄膜太阳电池制造产业，确定北京市光伏产业未来发展的目标产品。5.北京在该产业发展的核心目标凝聚专家对产业未来发展方向的判定，并在对市场需求要素进行优先排序的基础上，确定北京光伏产业的发展核心目标。6.绘制技术路线图研究通过分领域专家调研、专题研讨、德尔菲问卷调查等手段对各领域的技术壁垒、研发项目及政策建议等进行分析讨论，绘制分领域路线图。7.路线图修改完成初步路线路，召集各领域专家，听取路线图回报
39、，分析讨论并修改。8.路线图发布技术路线图绘制完成后，在相关政府、科研院所、北京市新能源产业联盟内部企业及其他机构，组织召开“北京市光伏产业技术路线图”发布会，实现研究成果的共享。01第 3章行业技术路径分析 3.1 产业技术分析 目前，光伏产业中的主要技术分为两类：一类是晶体硅电池制造技术；另一类是薄膜电池制造技术。此外还有一些小规模应用及处于实验室阶段的技术。3.1.1 晶体硅电池晶体硅（c-S i）电池是目前最成熟、使用最广泛的技术，由于可直接借鉴半导体制造技术的成熟经验所以其发展迅速。目前产业化光伏电池的平均转换效率为单晶硅1 7.5%1 8%，多晶硅1 7%1 7.5%。晶体硅电池制
40、造的特点是产业链较长、工艺成熟、工艺控制性好、产品成品率高、转换效率较高等。晶体硅电池根据材料的不同可分为单晶硅电池和多晶硅电池。尽管单晶硅与多晶硅技术非常类似，很多工艺都是相同的，但是还是存在很多差别。首先，单晶硅片比多晶硅片价格更贵。因为拉单晶硅棒比多晶硅铸锭要求能耗更高，大约每产出1 W将高出2 0%的能耗；其次，单晶硅电池与多晶硅电池相比，转换效率更高。因为单晶硅片没有晶界，有利于提高电池转换效率，单晶硅比多晶硅转换效率高1%左右；第三，从电池制造来说，多晶硅对工艺控制要求更高。在晶体硅电池中，除了广泛采用常规工艺的常规电池外，还有部分采用特殊工艺生产的高效电池，如三洋的H I T电池
41、及S u n p o w e r的背接触电池。这两种电池的转换效率很高，但是相对成本也很高。2 0 1 0年两种电池的产量达到全球总出货量的4%，即9 2 0 MW。三洋的H I T（H e t e r o j u n c t i o nWi t hI n t r i n s i cT h i nF i l mL a y e r）电池结构（见图3-1）特点为在N/P型晶体硅上沉积本征和P/N型非晶硅层，形成异质结，其实验室转换效率达到2 3.7%，产业化转换效率达到1 9.8%，组件转换效率达到1 7.1%。S u n p o w e r的背接触电池（见图3-2）的特点是正负电极都在电池背面，
42、入射光面没有任何金属遮11光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究图 3-1 传统的电池结构及三洋公司的 HI T电池结构图 3-2 S u n p o w e r 公司的背接触电池结构挡，电池的实验室转换效率达到了2 4.2%，产业化转换效率达到2 2%，组件转换效率达到1 9.5%，是到目前为止转换效率最高的产业化组件。3.1.2 薄膜电池薄膜技术利用几微米厚的吸收层实现了对太阳光的近1 0 0%吸收。薄膜需要沉积在衬底上，最常用的是玻璃，也有用柔性衬底的，如不锈钢、铝或塑料等。这也是薄膜电池和晶体硅电池之间的一个很大差别，晶体硅电池都是刚性的。薄膜电池和晶体硅电池的另一个不同在于薄膜电
43、池通常采用线列式工艺，直接生产出组件，没有电池这样的中间产品存在，而晶体硅电池目前多为批次式工艺。薄膜组件虽然比晶体硅组件的成本低，但是其转换效率也较低。因此如果想建设同样功率的电站，则需要更多的平衡部件（如支架等），这也会导致薄膜发电的电价较晶体硅的高。目前市场上有的三种薄膜技术分别为硅薄膜（指非晶硅或微晶硅电池）、C d T e和C I G S。1.硅薄膜基于硅薄膜的光伏组件是最早实现商业化的薄膜技术。薄膜硅通过将硅烷（S i H4）分解后沉积到衬底上得到，硅烷是薄膜硅的主要原材料。硅烷的分解技术多种多样，主要使用的是P E C V D（等离子气相化学沉积法）。21第 3章 行业技术路径分
44、析 典型的或单结非晶硅的转换效率非常低，只有6%7%，而且具有严重的光致衰减效应。因此，近年来发展出了多结电池的概念，通过多结提高电池转换效率，产业上较多的是非晶/微晶叠层电池，也有三结电池。尽管成本略高，但是转换效率也提高了。2.C d T e电池C d T e电池出现转换于2 0世纪7 0年代，目前美国的F i r s t S o l a r公司所生产的便是C d T e电池。其产业化的组件转换效率一直在稳定的提高中，目前约为1 1.2%，电池的实验室最高转换效率为1 6.9%。C d T e电池只能沉积在玻璃衬底上，共有四层，分别为透明的导电氧化物层（T C O）作为电池前电极、N型C
45、d S层、P型C d T e层和一层导电材料作为背电极。C d T e太阳电池的主要优势体现在成本方面，美国F i r s t S o l a r公司采用其独有技术，已将C d T e太阳电池做成了目前各类产业化电池中成本最低的一种。所以，C d T e太阳电池有希望在实现低成本光伏发电目标方面做出贡献。尽管C d T e化合物本身具有较好的稳定性，但是C d是剧毒元素，在生产过程中需要严格控制，避免对环境的污染。T e是稀有元素。在C d T e太阳电池应用方面，也需要对可能产生的环境问题做深刻的考虑。3.C I GS电池C I G S这种化合物具有很高的光学吸收系统，因此它在薄膜中具有最高
46、的实验室转换效率，即2 0.3%。C I G S的电活性对晶界不敏感，多晶材料就具有很好的光伏性能，因此非常适合采用低成本的薄膜化技术制备，而无需昂贵的外延设备。C I G S四元相图比较复杂，具有优异光伏性能的材料的稳定区间窄，大面积薄膜沉积的均匀性很难控制，因此C I G S太阳电池的制备难度较大，产业化转换效率只有1 2%1 3%。而且，电池结构中采用C d S层，C d元素毒性大，控制不好对环境有毒化影响，I n、G a均为稀有元素，I n也是战略储备物资。3.1.3 染料电池染料敏化电池（D S S C）是一种新型的基于氧化还原反应的化学电池，主要是模仿植物的光合作用，由纳米多孔半导
47、体薄膜负极（T i O2、S n O2、Z n O等）、染料敏化剂、氧化还原电解质、镀铂正极和导电衬底等几部分组成。染料分子受到太阳光照射后由基态跃迁至激发态，将电子注入到纳米多孔半导体的导带中，然后扩散至导电基底流入外电路，处于氧化态的染料被电解质还原再生，电解质变成氧化态，氧化态的电解质再在正极处接受电子被还原，完成一个循环。D S S C的主要优势是原材料丰富、成本较低、工艺技术相对简单，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分回收，对保护环境具有重要的意义。自从1 9 9 1年，瑞士洛桑联邦理工学院（E P-F L）的M.G r t z e l教授领导的研究小组
48、在D S S C上取得7.9%的突破性转换效率以来，美、日等发达国家以及欧洲均投入了大量资金进行研发。日本夏普公司2 0 0 5年在1 c m2的面积上获得了1 0.4%的转换效率。限制D S S C效率的主要因素在于，染料的光吸收具有选择性，并且单层染料只能吸收很少的太阳光，多层染料又会阻碍电子的传输，而且31光伏产业路线图 业京光伏产业技术路线图研究D S S C目前在大面积均匀性和稳定性方面也还存在问题。提高稳定性需要将电解质从传统的液态转换成固态，高性能固态电解质还有待开发。3.1.4 有机电池有机电池是采用共轭聚合物半导体材料制作的薄膜太阳电池。作为给体的有机半导体吸收光子后产生电子
49、-空穴对，与无机半导体材料不同，这个电子-空穴对中的电子和空穴不是分离的，而是通过静电作用结合在一起的，称为“激子”。激子扩散到给体/受体界面产生解离，电子注入到作为受体的有机半导体中，分离后的空穴和电子分别传输到两个电极上，形成光电流。制作有机太阳电池所采用的有机半导体薄膜成本相当低廉，其制作工艺也相当简单，有机电池的能量偿还期和C O2排放量都很低，并且在低光照下有较高的转换效率。有机半导体材料的特点决定了有机电池还具有很好的柔性，从而在单兵作战和其他便携式电源应用中有广阔的发展潜力。这些都是有机电池吸引人们兴趣的根本原因。2 0 1 0年1 1月美国K o n a r k a公司报导了其
50、在1 c m2面积上制备的有机太阳电池转换效率已经达到8.3%。尽管如此，有机电池真正走上产业化之路，还面临很多问题。有机半导体材料无论激子的扩散长度还是载流子的迁移率都很小，这限制了器件效率的提高。有机材料在紫外光照射下解离会影响太阳电池的性能。3.2 电池技术特征3.2.1 转换效率转换效率根据情况不同可分为实验室转换效率和产业化转换效率。转换效率是标志电池技术高低的重要指标。转换效率越高单位面积的发电量越高。目前所有电池的产业化转换效率都与其实验室最高转换效率存在一定差距，这也表明光伏产业技术还存在较大进步空间。图3-3给出了目前所有种类电池的实验室最高转换效率变化历史（由美国可再生能源
