碲化镉薄膜组件行业深度研究报告：BIPV前景广阔，薄膜组件蓄势待发

光伏组件晶硅为主，薄膜组件中碲化镉组件占比最高。光伏组件是光伏发电系统的核心组成部分，晶硅组件市场份额约为95%，薄膜组件仅占5%左右。薄膜电池现已发展出包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs），铜锌锡硫（CZTS）等多种技术路线，碲化镉是目前为止市占率最高的薄膜组件类型，在薄膜组件中占比超过95%。 BIPV光伏幕墙为薄膜组件提供新的应用场景。光伏电站可分为集中式电站和分布式电站，与建筑相结合的分布式光伏系统当中，可分为附着于建筑物上的光伏系统BAPV和与建筑物融为一体的BIPV，其中与建筑融为一体、直接替代原有建筑结构的BIPV有望成为薄膜组件新增的应用场景，BIPV则有望持续受益于绿色建筑激励政策。相比于晶硅组件，碲化镉薄膜组件具有弱光效应好、透光率高、可定制化外观、热斑效应弱等特点，相比于晶硅组件更适合用于BIPV，特别是BIPV幕墙。 工商业用户性价比高，2025年有望达到10GW级需求。从性能角度来看，碲化镉薄膜组件凭借弱光效应好、透光率高等特点，适合用于光伏建筑一体化的BIPV。如果从用户角度来看，需要考虑安装碲化镉发电组件的性价比问题，我们通过测算碲化镉薄膜组件相比于普通建筑幕墙玻璃的价值增量，以及每年发电自用的金额，考察性价比问题。1平米的碲化镉薄膜发电组件，在水平面辐照总量1350千瓦时/平米、转换效率15%、发电系统综合销量0.85的情况下，一年发电量为172千瓦时。电价对于光伏发电的收益存在影响，不同电价导致回报率不同，选取民用电0.5元/千瓦时、工业用电0.7元/千瓦时、商业用电1元/千瓦时作为测算电价，1平米碲化镉薄膜发电组件每年发电量172千瓦时，全部自用情况下对应节省电费86元、120元、172元，600元的价值增量投资回收期分别对应7年、5年、3.5年，商业用户由于用电成本较高，安装薄膜发电组件的性价比较高，我们预计薄膜组件BIPV或将在工商业率先推进。 如果从光伏组件单瓦成本角度考察，600元的价值增量对应每年发电量172千瓦时，全年利用小时数按照1200小时测算，则单瓦价格为600/（172*1000/1200）=4.18元/W。未来潜在需求空间方面，因为工业类和商用客户回收期较短，仅考虑工业和商业建筑两类的需求情况，分别对应城镇生产性建筑和城镇公共建筑。合计来看，中性情况下薄膜组件的安装总量为7.5GW，乐观情况下安装总量为10.8GW。如果考虑现有的建筑替换需求，需求空间将进一步打开。 碲化镉薄膜组件相关公司主要有四家：First Solar、成都中建材、杭州龙焱科技和广东中山瑞科。（1）First Sola：全球最大的薄膜电池生产企业，占据全球薄膜电池市场份额近85%，碲化镉薄膜市占率超过90%，2004年实现了低成本量产，开启了快速产业化扩张，2020年产能达到6.3 GW，2024年产能预计达到16GW。（2）成都中建材：凯盛科技集团的碲化镉薄膜经营主体，2021年实现实验室转换效率20.2%，量产转化效率15.8%，计划在未来投建多条碲化镉产线，一期项目产能合计1.9GW，总体规划4.9GW，将有望成为仅次于美国第一太阳能的薄膜发电组件公司。（3）杭州龙焱科技：成立于2008年，2014年实现13%的转换效率，2020年转换效率达到15%，实验室转换效率达到20.3%。创立至今，多次扩张产能，当前产能预计达到200MW左右。（4）广东中山瑞科：成立于2015年，2018年建成年产100MW产线，2020年规划新建5条年产能共计1 GW的生产线。 风险提示：分布式光伏推进低于预期；扩产项目推进低于预期；原材料紧缺。 投资主题 报告亮点 本报告为碲化镉薄膜光伏组件的科普报告，主要从光伏组件分类及市占率、应用领域、需求的性价比和潜在空间三个方面介绍碲化镉薄膜组件的行业情况，并梳理国内外核心的四家碲化镉薄膜相关公司情况。 一、光伏组件晶硅为主，薄膜组件中碲化镉组件占比最高 （一）光伏组件以晶硅组件为主，薄膜组件占比5%左右 光伏组件由一定数量的光伏电池片通过导线串并联连接并加以封装而成，承担光电转换的功能，是光伏发电系统的核心组成部分。一般来说，在发电系统中，利用大规模光伏发电组件把太阳能直接转换成直流电，通过直流汇流箱汇总，把400-800V的直流电汇入到光伏逆变器，光伏逆变器将直流电变换成交流电，再通过交流配电柜、升压变压器和高压开关装置接入电网，向电网输送光伏电量，由电网统一调配向用户供电。 图表1光伏发电系统工作结构示意图 光伏组件的分类方式多种： 按结构分类：可分为同质结，异质结，肖特基。 按使用材料：可分为晶硅组件、非晶硅薄膜组件。 按光电转换机理分类：可分为传统光伏组件、激子光伏组件。 较常用的分类方式是按照材料分为晶硅组件和薄膜组件，晶硅组件进一步的分为单晶硅和多晶硅，薄膜组件包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs）、铜锌锡硫（CZTS）多种。 晶硅组件中多晶硅组件占主导地位，技术最为成熟。晶硅组件的光电转化率很高，技术发展较为成熟，设备投资较低，国产设备已经可以满足电池片生产线大部分的需求。 薄膜组件是在玻璃、不锈钢等物质表面附上几微米感光材料薄膜，并制作PN结从而形成的太阳能电池。薄膜组件使用材料少、制造工艺简单、耗能少、可大面积连续生产。同时其弱光效应较好，以薄膜太阳能电池为主要部件的光伏系统，能够很好实现光伏建筑一体化，但目前光电转化效率整体偏低。薄膜电池现已发展出包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs）、铜锌锡硫（CZTS）等多种技术路线。 图表2光伏组件分类情况 图表3光伏组件技术路线图 薄膜组件巅峰时期占据30%市场份额，目前份额被晶硅挤压严重，约占5%。薄膜组件刚刚面世初期，凭借成本优势，上世纪80年代约占30%的市场份额，但由于一直无法突破效率瓶颈，再加上形成规模优势后晶硅价格大幅降低，导致薄膜组件的份额逐渐被挤压。进入90年代之后，晶硅电池在光伏市场中长期占据主导地位，2020年晶硅组件的市场份额约为95%。 图表4各类光伏电池出货量占比情况 图表5 2020年各类光伏电池份额占比 （二）碲化镉是最主要的薄膜光伏组件，2019年产量快速增长 薄膜太阳能电池是在玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上非常薄的感光材料制成，制作材料吸光系数很高，从而大大降低了电池整体厚度。薄膜电池现已发展出包括碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS），铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓（GaAs），和铜锌锡硫（CZTS）等多种技术路线。碲化镉是目前为止市占率最高的薄膜组件类型，另外铜铟镓硒薄膜组件也有部分企业在涉足，在国内市场占有一定份额。2020年全球薄膜太阳电池的产能接近10GW，产量约为6.48GW，同比增长5.5%。从产品类型来看，2020年碲化镉薄膜电池的产量约为6.2GW，在薄膜太阳电池中占比为95.7%；铜铟镓硒薄膜电池的产量约为270MW，占比为4.2%；硅基薄膜电池产量10MW，占比不到1%。 图表6各类薄膜电池占比情况 图表7各类薄膜电池产量情况（GW） 铜铟镓硒（CIGS）组件是指使用化学物质Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)通过共蒸发或后硒化工艺在衬底上形成吸收层的太阳能电池技术，分为溅射法和共蒸发法两种。前者采用多元素溅射的方式，在柔性衬底上沉积铜铟镓硒功能膜层，后者则通过多元素共蒸发的方式来实现。铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池组件外形美观、性能稳定、环保节能、温度系数低、弱光效应好，总体发电性能优越；广泛应用于大型地面光伏电站以及国内外屋顶光伏电站中，尤其适用于光伏建筑一体化。 图表8铜铟镓硒（CIGS）组件断面结构图 图表9蚌埠奥体中心CIGS光伏建筑一体化项目一览 碲化镉（CdTe）薄膜组件是一种以p型CdTe和n型CdS的异质结为基础，在玻璃衬底上依次沉积多层半导体薄膜而形成的光伏器件。碲化镉薄膜太阳能电池结构比较简单，其由五层结构组成，即玻璃衬底、透明导电氧化层（TCO层）、硫化镉（CdS）窗口层、碲化镉（CdTe）吸收层、背接触层和背电极。 图表10碲化镉薄膜发电组件结构 相比其他太阳能发电组件，碲化镉组件有以下特点： 1)制造成本低。碲化镉薄膜太阳能电池具有较低的制造成本。碲化镉薄膜太阳能电池的简单结构缩短了生产时间，使制造成本明显下降，全流程生产时间小于2.5小时。 其次，碲化镉薄膜太阳能电池理论上吸收层厚度在几个微米左右，原材料消耗极少，因而碲化镉电池制造成本较低。 2)理论转换效率高。碲化镉薄膜太阳能电池具有最高的理论光电转换效率，约为30%； 实验室最高转换销量22%左右。 3)温度系数低。温度系数是指太阳能电池组件输出功率随着工作温度的升高而变化的速率。一般而言，晶体硅太阳能电池组件的温度系数为-0.45%/℃～-0.50%/℃，在光照较好的地区，组件温度会达到50摄氏度，夏天甚至达到70摄氏度。碲化镉组件的温度系数约为-0.25%/℃，更适合于高温等严苛环境。 图表11碲化镉组件和晶硅组件不同温度发电性能 图表12碲化镉组件发电量和晶硅组件对比 4)环境友好。碲化镉不同于有毒的镉，是稳定的化合物，能被安全使用。碲化镉薄膜组件中碲化镉用量很小，1MW碲化镉组件仅需约250 kg的碲化镉。碲化镉组件的其他重金属排放（砷、铬、铅、汞、镍等）也比晶硅组件低。 图表13太阳能电池组件与其他能源镉排放量对比图（单位g/GWh） 图表14硅电池和碲化镉电池重金属排放对比图（单位g/GWh） 二、BIPV光伏幕墙为薄膜组件提供新的应用场景 （一）BIPV给薄膜光伏组件提供新增应用场景 光伏电站可分为集中式电站和分布式电站，分布式与建筑结合可进一步分为BIPV和BAPV。根据中国可再生能源学会光伏专业委员会，分布式光伏系统的适用场合可分为三类：①各类建筑物和公共建筑；②偏远农牧区、海岛等少电无电地区；③荒山荒坡、农业大棚或鱼塘禽舍等无电力消费的设施建设。与建筑相结合的分布式光伏系统当中，可分为附着于建筑物上的光伏系统BAPV和与建筑物融为一体的BIPV，其中与建筑融为一体、直接替代原有建筑结构的BIPV有望成为薄膜组件新增的应用场景。 图表15光伏电站分类 与建筑结合的分布式电站包括BAPV和BIPV，光伏幕墙是BIPV重要应用场景：①BAPV（Building attached photovoltaics），即光伏系统直接覆盖于建筑物表面，系统与建筑物功能不发生冲突，不破坏或削弱原有建筑物的功能，也称为“安装型”太阳能光伏建筑； ②BIPV（Building integrated photovoltaics），即建筑材料与光伏器件相结成，用光伏器件直接代替建筑材料，系统作为建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能，又具有建筑构件和建筑材料的功能，也称为“构件型”和“建材型”太阳能光伏建筑。光伏幕墙是BIPV的重要应用场景之一，可最大限度利用建筑的外表面。 图表16 BAPV屋顶发电系统 图表17 BIPV屋顶发电系统 图表18 BIPV与BAPV对比 2022年城镇新建建筑中绿色建筑面积占比达到70%，通过光伏建筑一体化开发等方式大力发展绿色建筑和建筑节能。2020年，住建部等7部委发布《关于印发绿色建筑创建行动方案的通知》，以2022年新建绿色建筑占比70%为目标，推动星级绿色建筑持续增加，引导政府投资工程率先采用绿色建材，逐步提高城镇新建建筑中绿色建材应用比例。2021年5月，住建部等15部门发布《关于加强县城绿色低碳建设的意见》，要求大力发展绿色建筑和建筑节能，通过提升新建厂房、公共建筑等屋顶光伏比例和实施光伏建筑一体化开发等方式，降低传统化石能源在建筑用能中的比例。 图表19绿色建筑相关政策 BIPV有望持续受益于绿色建筑激励政策。绿色建筑持续推进，获认证产品将被政府项目优先选用。绿色建筑