玻璃半岛体育官方网站玻纤行业研究：TCO玻璃放量可期三因素筑高竞争壁垒

　　TCO玻璃即透明导电氧化物镀膜（Transparent Conductive Oxides, TCO）玻璃，是 在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法均匀地镀上一层透明的导电氧化物薄 膜。广义TCO玻璃包括不同组成成分（即镀有不同TCO靶材）的平板玻璃，下游广 泛应用于平板显示器、太阳能电池和建筑节能等领域，而本文的TCO玻璃（狭义的 TCO玻璃）专指薄膜太阳能电池用TCO镀膜玻璃。 TCO镀膜导电玻璃主要应用于第二代光伏电池中的碲化镉薄膜电池和第三代光伏电 池中的钙钛矿电池，由于非晶硅薄膜太阳能电池的半导体层几乎没有横向导电性能， 必须使用TCO玻璃作为前电极来有效地收集电池电流，所以TCO玻璃成为薄膜太阳 能电池不可或缺的组成部分。

　　从晶硅到薄膜电池，光伏玻璃重要性显著提升，成本占比上升至1/3。晶硅太阳能电 池中，晶硅可以直接充当衬底基板，大部分情况下晶硅光伏玻璃仅作为封装材料， 除了对其可见光透过率和外观、尺寸有要求外，并无其它特别要求，按23年4月最新 报价，182单玻/双玻组件中玻璃成本约占8%/11%。而在薄膜太阳能电池中，TCO镀 膜玻璃（属于薄膜光伏玻璃）直接充当电池组件的衬底基板，直接影响电池发电性 能，对其平整度、透光率、导电性及镀膜工艺等要求也较高，其成本一般占薄膜太阳 能电池组件成本的33%左右，是薄膜太阳能电池的核心部件。以协鑫光电100MW级 别钙钛矿组件的量产成本构成为例，玻璃及其他封装材料占比达到34%，成为成本 占比最大部分。

　　TCO镀膜玻璃需要更优良的综合性能来提高电池发电效率。TCO玻璃作为薄膜电池 的前电极、窗口材料和支撑材料，主要功能为：（1）让大部分太阳光进入吸收层， 被转换为电能；（2）利用其导电性作为前电极，有效收集电池的电流；（3）为电池 多层膜材料结构提供物理上的机械支撑。薄膜电池对TCO玻璃的功能需求决定其性 能要求，主要性能指标如下： （1）光谱透过率。一般要求TCO玻璃的光谱透过率在80%以上，而且因为光伏电池 的光谱响应波长范围为400nm~1200nm（普通建筑玻璃要求的可见光波长范围仅为 380nm~780nm），所以需要TCO玻璃具备全光谱透光性，在可响应波段内光透得越 多能量转化效率越高。 （2）导电率。一般要求方块电阻小于12Ω/□，方块电阻越低电阻损失越小，导电性 能就越好。 （3）雾度，即光线散射能力，一般要求雾度值在11~15%。普通行业用镀膜玻璃一 般要求膜层表面越光滑越好，雾度则越小越好；而光伏电池需要TCO玻璃具有一定 的绒面结构，使光以不同角度散射，增大光在太阳能电池中的光程，从而提高电池 的光电转换效率。TCO玻璃的绒面陷光结构的形成主要有两种方法：一是溶胶凝胶 法、化学气相沉积法等在线镀膜工艺直接镀制带有微观粗糙度的膜层，粗糙度可以 通过参数调控（主要是FTO玻璃；不同TCO玻璃种类下文具体描述）；二是离线镀 膜工艺镀制膜层后进一步采用酸碱腐蚀法、激光加工等方法制绒（ITO、AZO玻璃）。

　　（4）激光刻蚀性能。薄膜太阳能电池在制作过程中，需要将其表面划分多个长条状 的电池单元并且串联起来，用以提高太阳能电池的输出功效。在薄膜太阳能电池半导体镀膜之前，需要对TCO玻璃表面的透明导电氧化物膜层进行划刻，被划刻掉的 部分必须完全除去其导电氧化物膜层，用以保证电池单元之间相互绝缘，所以要求 TCO膜层的激光刻蚀性能好，不得有薄膜刻不断、刻伤玻璃本体等缺陷。 （5）耐候性和耐久性。光伏电池安装后，尤其是建筑光伏一体化（BIPV）不宜进行 经常性的维修与更换，所以TCO玻璃需要具备良好的耐候性、耐久性。目前行业内 薄膜太阳能电池寿命一般在20年以上，这也要求TCO玻璃的保质期必须达到20年以 上。 （6）大面积均匀性。膜层的均匀性可分为性能均匀性和表观均匀性，性能均匀性主 要包括光谱透射率和方块电阻的均匀性，是保障电池输出电压、电流平衡稳定的基 本要求；建筑光伏一体化（BIPV）是薄膜太阳能电池的重要应用场合，对TCO玻璃 的表观均匀性（大面积颜色、膜层均匀性等）提出更高要求，不得有干涉条纹、膜层 云朵等缺陷，如何提高大面积均匀性也是目前TCO玻璃的主要性能瓶颈之一。 （7）低成本。光伏产品的最终竞争力评价以单位发电量的综合成本衡量，而TCO玻 璃是薄膜电池原材料成本中的主要部分（1/3左右），薄膜电池为了提高竞争力对TCO 玻璃有降本增效要求。

　　TCO玻璃按照导电氧化物的不同主要分为ITO（氧化铟锡）、FTO（掺氟SnO2）、 AZO（掺杂铝ZnO）三种；按照镀膜工艺与原片生产是否同步，可分为在线镀膜和离 线镀膜工艺，在线镀膜主要应用CVD工艺（化学气相沉积法），离线镀膜主要应用 PVD工艺（磁控溅射法）。 FTO综合性能强，为目前主流TCO玻璃靶材。（1）ITO玻璃，虽然拥有透过率高、 导电性好的优点，但由于其原材料铟价格昂贵、光散射能力差、热稳定性差等缺点 限制了其在光伏领域的推广，目前主要应用在液晶平板显示器领域。（2）FTO玻璃， 具有成本较低、光散射能力强、激光刻蚀容易、热稳定性和化学稳定性较好等优点， 目前已成为薄膜太阳能电池的主流产品。（3）AZO玻璃，光学性能和导电率最接近 ITO、原料成本较低，但其膜层偏软且刻蚀后存放时间较短（热稳定性、耐酸碱性及 抗氧化性较差），并且AZO玻璃的大面积高速均匀成膜工艺、光刻工艺的兼容性等 问题技术复杂性高，所以目前尚未在光伏领域大力推广。

　　不同TCO玻璃靶材适用不同镀膜工艺，当前仅FTO在线）在线 镀膜即直接在浮法产线上完成镀膜，主要采用CVD工艺，一般工艺温度在400～ 700℃，由于温度较高，热稳定性较差的靶材（ITO、AZO）无法在在线镀膜工艺中 使用，目前只有FTO大面积在线）离线镀膜即另外配置一条 镀膜线，超白浮法玻璃经过清洗、预加热后再镀膜，主要采用PVD工艺中的磁控溅 射法，工艺温度只有200~230℃，所以ITO和AZO通常只通过离线镀膜方式进行。

　　（三）TCO 玻璃技术长期被国外垄断，国内金晶科技率先实现技术突破 并成功量产

　　TCO镀膜玻璃最早在1940年投入商业化，作为透明热窗口材料用于飞行器的挡风玻 璃。1985年、1989年日本旭硝子(AGC)、板硝子(NSG)公司分别开始生产TCO镀膜 玻璃，此后日本板硝子、旭硝子、美国PPG等少数几家巨头公司长期垄断TCO玻璃 生产技术及设备。 2005-2010年，由于薄膜电池技术进步（2005年前后First Solar实现较高转化效率碲 化镉量产；2009年非晶硅薄膜电池的最高转换效率接近多晶硅电池，可达16.6%）， 而且晶硅价格居高不下，使薄膜电池成本优势相对明显，产能迅速扩张。由于预期 薄膜电池市场良好增长态势，国内部分企业开始引进TCO镀膜玻璃技术和设备，中 国玻璃、信义玻璃、南玻、中航三鑫及旗滨等企业尝试通过引进国外成套设备、技术 进行TCO玻璃生产，当时国内TCO玻璃镀膜设备与工艺在线与离线并存，离线占大 多数，而海外以在线年在硅料市价下降、双反政策等因 素影响下，薄膜电池进入低谷期，国内TCO玻璃研发生产也陷入停滞。

　　2021-2022年，国内建筑光伏一体化（BIPV）趋势兴起为薄膜电池产业带来新发展， 加上钙钛矿等新一代高性能薄膜太阳能电池技术升级，作为关键部件的TCO镀膜玻 璃再次受到国内企业重视，国内少部分企业开始自主研发和生产TCO玻璃：金晶科 技2021年成功研发应用于太阳能领域的超白TCO镀膜玻璃（性能指标与NSG的 TEC™ 8相近），目前在淄博拥有两条年产1500万平米的TCO产线 年开始TCO玻璃研发、2023年1月东台TCO产线点火。但整体来说由于国内TCO镀 膜工艺发展较晚、技术壁垒高，目前国内具备生产能力的企业整体较少，只有金晶 科技、耀皮玻璃和中国玻璃等。

　　二、需求端：薄膜电池海外龙头大幅扩产，国内产业化 进程加速，产能释放带动 TCO 玻璃空间扩容

　　（一）薄膜电池：多场景应用优势，与晶硅互补发展；钙钛矿产业前景值 得期待

　　光伏组件按材料可分为晶硅组件和薄膜组件。薄膜电池是在TCO玻璃、不锈钢或高 分子聚合物等衬底材料上附着几微米感光薄膜材料，制成PN结从而形成的太阳能电池，用硅量极少。薄膜电池包括非晶硅（a-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）、 钙钛矿（PSCs）等种类。 薄膜电池整体产量仍偏低，其中碲化镉商业化最为成熟，First Solar一家独大。据 CPIA数据，2021年全球薄膜太阳电池的产能10.7GW，产量约为8.28GW，同比增长 27.7%，主要是受碲化镉龙头企业First Solar产量增长拉动。FS 2021年碲化镉组件 产量为7.9GW，同比增长33.9%，占全球薄膜组件份额95%。从产品类型来看，2021 年碲化镉（CdTe）薄膜电池份额为绝对主导，占比约97%，产量约为8.03GW，其 中国外7.9GW，国内130MW；铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池产量约为245MW，其中 国外210MW，国内35MW。

　　光伏产业链发展核心驱动力始终在于“降本提效”，以达成平价上网终极目标。从降 本提效角度出发，相较晶硅电池，薄膜电池优势在于生产流程简短、封闭，工业规模 生产成本低，劣势在于转换效率不理想，过去薄膜电池的光电转换效率大部分时间 都落后于晶硅电池。海外龙头FS碲化镉组件凭借独家垄断技术（气相传输沉淀技术 VTD等）及规模优势，持续推进制造成本降低、效率提升，因而能在美国等市场的激 烈竞争中始终保有一席之地。

　　薄膜组件成本优势体现在产业链短，价值量高度集中，生产效率高。晶硅产业链至 少包含多晶硅原料-硅片-电池片-组件4大环节，每个环节都需要生产设备、配套设施 等重资本投入，生产流程繁杂，生产从原料到最终组件产品至少经过4个工厂、3天 周期。相较之下，薄膜组件生产环节少，自动化程度高，可以在一座工厂短时间内完 成连续生产，原料进场后，生产仅需在TCO玻璃等衬底材料（多外采）上，采用等 离子体增强型化学气相沉积（PECVD）法、磁控溅射法等工艺沉积功能层薄膜，活 化后处理及组件封装测试即可出厂。薄膜组件生产集成化程度高，使得厂商对生产 技术、生产节奏、产品质量的把控程度高。

　　国内碲化镉组件效率提升已取得一定成果，进入产业化扩张期。国内碲化镉组件实 验室效率水平已向国际先进水平靠拢，据CPIA，2021年国内碲化镉组件实验室最高 效率达到20.24%（中建材），接近国际先进水平22.1%（FS）；量产效率方面，当 前国内量产效率最高纪录为16.7%（中山瑞科），对比FS 19%以上的量产效率仍有 较大差距。我国薄膜组件整体产业化处于起步阶段，量产效率差距较大，亦未实现 规模化生产降本，因而在主流应用场景与晶硅电池竞争没有优势；但薄膜组件具有 场景适应性强、可塑性好等特性，与BIPV等场景适配性更高，或能通过锚定新兴的 建筑节能等利基应用场景，持续吸引资金资源投入、促进产业发展、拓展市场边界。

　　薄膜电池当前差异化优势主要体现在BIPV等多场景应用上。薄膜电池具有温度系数 低、抗遮挡表现好、弱光发电性能更强、透光性可调节、美观性强等特性，使其在 BIPV（建筑光伏一体化）等场景应用范围更广。据BIPVboost，薄膜组件在欧洲BIPV 屋顶、幕墙应用渗透率分别为10%、56%。

　　（1）温度系数低：温度系数指电池随温度升高而导致效率衰退的比率。薄膜电池温 度系数比晶硅低，因而薄膜组件输出功率在高温恶劣环境下发电功率损耗更低。据 索比光伏网，市面主流晶硅组件峰值温度系数在-0.38~0.44%/℃之间，而铜铟镓硒 （CIGS）、碲化镉（CdTe）温度系数仅为-0.1~0.3%/℃、-0.25%/℃。

　　（2）拥有更好的抗遮挡表现：BIPV项目地点多在城市区域，在安装光伏幕墙时需要 考虑到抗遮挡因素。相比晶硅组件，薄膜光伏组件因为没有晶片的模块化限制，在 受到遮挡时被遮挡部分表现为断路，而不输出功率，不产生热效应，降低了火灾等 安全隐患。

　　（3）弱光发电性能更强：薄膜组件在可见光光谱范围内比较晶硅组件有更为灵敏的 光谱响应，具有更好的弱光发电性能，安装不受角度限制，在清晨、傍晚等时间段以 及非光照充足面等弱光条件下的效率优于晶硅电池。

　　（4）透光性可调节：薄膜电池可以通过透明导电层、超薄背电极层实现高透光率， 并且透光率可以根据具体采光需求调节，满足建筑物对于自然光线的需求。而晶硅 电池透光率较低，改善组件透光率只能通过降低电池片排布密度、牺牲组件功率实 现。

　　（5）美观性好：薄膜光伏组件从结构上看并没有晶硅电池的单片单元，外观一致性 大大优于晶硅光伏组件；可定制性强，组件可切割成不同形状，更能满足建筑外观 对于美观的要求。薄膜电池颜色可调节，在发电效率未明显降低的前提下，可以利 用不同电池材料、多层结构反射特定波段光的特性（不用通过TCO玻璃颜色调整外 观），制成涵盖所有常见色系的组件。

　　钙钛矿电池是下一代极具潜力的光伏技术路线，转换效率高、量产成本低，产业化 处于从0-1初期。钙钛矿是具有ABX3型晶体结构的化合物，使用其作为吸收层制成的 电池即钙钛矿电池。钙钛矿是人工设计合成的材料，材料、结构设计灵活，可以不断 迭代，具有高光电转换效率和低成本优势。（1）转换效率方面，钙钛矿材料吸光性 好，且可以通过调整材料配比来调节带隙，光电特性好，单结钙钛矿电池理论极限 效率为33%，钙钛矿叠层效率更是达到51%，远超晶硅电池29.4%的理论极限效率。 同时，钙钛矿转换效率演进速度快，仅用10年左右时间就提升到了超25%的实验室 效率纪录（晶硅电池花了40-50年）。（2）制造成本方面，钙钛矿电池除生产环节 少优点外，其原材料丰富且易合成、生产能耗低，使得理论量产成本低于晶硅组件， 据协鑫光电测算，钙钛矿组件100MW级别量产成本低于1.0元/W，5-10GW级别量产 成本为0.5-0.6元/W（TCO玻璃仍然是最大成本项），约为晶硅组件极限成本的1/2。 钙钛矿电池理论优势明显，吸引产业资本纷纷介入，产业化有望实现从0-1突破。

　　目前阻碍钙钛矿商业化应用的因素主要有：（1）稳定性较差，钙钛矿电池在潮湿环 境下容易分解，进而影响其使用寿命。目前钙钛矿电池的寿命多在1000小时左右， 远低于晶硅太阳能电池20-25年的工作寿命；（2）向大尺寸面积器件升级时的效率 损失大。钙钛矿电池只能在小面积内保持高效，其效率会随着尺寸增大出现明显下 降。

　　（二）需求分析：薄膜电池海外龙头扩产，国内产业化步伐加快，TCO 玻 璃需求显著增长

　　碲化镉：海外龙头First Solar大幅扩产，国内中建材系等厂商加速布局产能。（1） 海外。美国光伏装机需求增长、IRA税收抵免政策刺激下，美国碲化镉龙头First Solar 大幅扩产，据FS 2022年年报，2022年公司名义产能达9.8GW，组件产量9.1GW， 规划2023-2025年末名义薄膜电池产能分别达到16.0/ 20.1/ 20.6GW，当前扩产规划 主要针对印度、美国市场。据FS 2023年度一季报，公司产品供不应求，未交付预定 量已达到71.6GW，4月底订单已排至2026-2027年交付。另一家美国碲化镉电池厂 商Toledo Solar当前年产能为100MW，2022年9月宣布扩充产能计划，2027年产能 将达2.8GW。（2）国内。在BIPV应用前景预期下，国内碲化镉厂商加速产能布局。 中建材及其旗下凯盛集团现已运行700MW产能，当前在全国多地规划产能3.8GW； 龙焱能源、中山瑞科在产产能130、100MW，龙焱能源计划到2024年产能提升至 630MW，中山瑞科规划未来产能达到1GW；光伏玻璃龙头企业福莱特也于今年2月宣布计划投资1GW碲化镉产能。 钙钛矿：国内厂商积极向产业化尝试，现已规划多条GW级产能。钙钛矿电池技术路 线潜力大，国内厂商积极寻求产业化突破。当前钙钛矿在产产能约390MW，多为小、 中试线，协鑫光电、纤纳光电、极电光能等多家企业均规划了GW级产能建设，远期 规划总和近25GW。

　　据我们测算，2022-2025年全球TCO玻璃需求总数约为0.5/0.7/1.0/1.3亿平，CAGR 达32.5%。核心假设如下，（1）碲化镉产量：根据国内外企业产能规划，预计到2025 年海外企业碲化镉电池产量达20.5GW，国内企业产量2.8GW；（2）钙钛矿产量： 考虑到钙钛矿产业仍处在量产探索阶段，结合国内厂商扩产计划，中性假设2025年 产量为1.0GW，如技术研发进展顺利，中期可以展望7GW产量；（3）碲化镉TCO玻 璃单位需求量：First Solar最新Series7产品效率最高达19.3%，中性假设2022年全 行业平均效率水平为18.0%，2025年达19.5%，对应TCO玻璃单位用量分别为556、 513万平/GW；（4）钙钛矿TCO玻璃单位需求量：昆山协鑫光电2023年4月17日宣 布2m*1m大面积、大尺寸商用钙钛矿组件转换效率达16.2%，2023年效率目标为18%， 考虑钙钛矿产业当前仍处在稳定性、量产效率技术攻关阶段，中性假设2023、2025 年全行业量产平均效率水平为13.0%、17.0%，对应TCO玻璃单位用量分别为769、 588万平/GW。

　　（一）原片端：超白浮法原片成本占比高，其成本差异决定 TCO 玻璃厂 商之间的竞争差异

　　TCO以超白浮法为原片基底进行镀膜，超白浮法本身具有一定工艺技术壁垒，良率 差异会带来成本差异。从结果看，据我们统计，2022年国内仅8家企业具备超白浮法 产能（CR4达77%）；从技术角度看，超白浮法玻璃的技术壁垒主要在于配料、澄 清、存放环节（带来良率差异）。（1）在配料环节，要严格控制氧化铁含量在0.015% 以内，且需要保证配合料的温度和湿度以防结块，需要采用先进的称量系统和进口 混合设备。（2）在澄清环节，由于熔融的超白玻璃液导热系数更高，熔窑池内垂直 热对流减弱，造成玻璃表面和内部气泡数量增加，影响玻璃的成品率。调整时如果 温度把控不当，还会导致二次气泡和耐材气泡的生成。因此超白的澄清环节对于温 度的控制更加严格，且需配合改造熔窑窑池的结构。（3）存放环节，超白玻璃比普 通玻璃更容易发生霉变，主要由于其碱金属氧化物含量更高，需要通过改进配方设 计和退火制度，选用适应超白玻璃特性的专用防霉隔离粉来预防霉变。

　　TCO玻璃超白原片成本占比高，其成本差异会带来TCO玻璃厂商之间的竞争差异。 原片是TCO玻璃成本大头，据卓创资讯，2023年4月3.2mm超白浮法报价约28.4元/ 平，根据协鑫光电100MW线%转换效率下超白原片度电成本约0.18元 /W，该产线元/W，其中封装成本约0.34元/W（占34%），超白浮法 原片成本占到总生产成本的18%、封装材料的52%，超白浮法原片的成本差异会带 来TCO玻璃厂商之间的竞争差异。成本差异主要体现在良率差异（有一定技术壁垒）、 布局和产业链一体化（低成本的超白石英砂、纯碱、天然气获取等）。

　　TCO玻璃处于起步阶段，通过对比分析技术方向一致、工艺发展成熟的low-E玻璃， 能更好理解TCO玻璃工艺路线与壁垒。TCO玻璃与low-E玻璃存在异同：一方面，二 者在线、离线工艺路线大方向一致，在线与离线工艺路线之争中，low-E玻璃最终以 离线胜出，而TCO玻璃当前则是在线率先走向产业化，不同生产工艺路线的决定性 因素在于下游需求特征；另一方面，TCO与low-E镀膜玻璃设备、工艺存在共通性， 通过low-E设备及工艺的探讨可以窥见TCO设备设计、工艺控制是核心要素。

　　TCO玻璃与low-E玻璃同属镀膜玻璃范畴，常用工艺路线均分为在线CVD法、离线 磁控溅射法两种。镀膜玻璃是指在玻璃表面镀上一层或多层金属、合金或金属化合 物，以改变玻璃性能，按照产品特性可以分为透明导电玻璃（TCO）、低辐射玻璃 （low-E）、热反射玻璃等。按是否在浮法“线”上同步完成原片生产和镀膜工序， 镀膜玻璃制备方法分为在线、离线两大类。TCO玻璃与low-E玻璃工艺路线有相似性， 二者常用工艺均为在线CVD法、离线磁控溅射法，对应材料方面，在线法TCO和lowE玻璃镀的都是FTO膜层（材料一样，但产品性能要求差异很大），而离线法中TCO 镀的是ITO、AZO膜层，low-E镀的是Ag银系膜层。另外，TCO玻璃性能要求较lowE玻璃更精细，产品需要同时保证光学性能、电学性能等多项要求。

　　在线CVD法物化稳定性更好，镀膜理论成本低，但灵活性较差，工艺参数控制和优化难度大。在线化学气相沉积法（CVD）镀膜一般是在浮法产线锡槽冷端或退火窑 前端A0区上方安装镀膜设备，以连续生产的高温（400~700℃）、洁净、快速拉引 的玻璃带为载体，通过原料气体（前驱体）在高温玻璃表面发生化学反应合成镀膜 膜层，再经过退火冷却形成质地坚硬的膜层。 在线CVD镀膜优势在于：①物化稳定性好，耐久性耐候性好，热加工性好，高温成 膜，膜层原子与玻璃基板形成牢固共价键，黏合为玻璃的一部分，膜层牢固耐用（被 称为“硬膜”玻璃），物化性能稳定，使用寿命更长。②镀膜能耗低，直接利用浮法 玻璃新鲜洁净的表面和高温环境；③不需要二次加工的搬运、传输、清洗、抽真空等 工序，工序步骤较少，节省物理空间和人力成本；

　　在线CVD镀膜劣势在于：①灵活性较差，直接与连续生产的原片端衔接，镀膜工艺 受浮法工艺条件限制，产品种类不如离线镀膜丰富，例如膜层至少要耐400℃以上高 温，镀膜原料多选用金属氧化物、半导体材料，并且生产过程中参数无法随时调整； ②工艺控制和优化难度大，玻璃带传输速度快，镀膜面积大。

　　离线磁控溅射法镀膜灵活性较好，但物化稳定性较差，光电性能重复性差，均匀性 控制难度与膜层结构相关，并且理论成本高。离线磁控溅射法镀膜是在浮法玻璃原 片下线后，在另外配置的镀膜产线上，将原片清洗、预加热后送入大真空室内，内部 设有多个溅射靶，随着真空室内压力降低，阴极靶溅射出金属原子，沉积到玻璃表 面上形成膜。 不同材料（AZO/ITO、Ag等）使用离线磁控溅射法的优劣势各不相同，概括来看， 离线磁控溅射工艺优势：①灵活性好，工艺参数可根据用户要求随时调整，镀膜设 备模块化设计，产能也可以根据订单灵活调整；②离线镀膜，材料选择不受浮法产 线条件限制，产品种类丰富。

　　离线磁控溅射工艺劣势：①膜层物化稳定性较在线法差，膜层本身相当脆弱；②薄 膜光电性能参数重复性差，这是一种反应溅射，影响成膜质量随机因素多，而光电 性能对溅射参数变化敏感；③膜层均匀性较难控制，膜层厚度及材质成分均匀性影 响最终镀膜玻璃产品的整体颜色、性能表现，而磁控溅射实现均匀镀膜的要求十分 苛刻，需要同时保证磁场分布、工作气体分布、靶材表面温度、靶材材质、玻璃表面 温度等均匀一致，以及保证磁控溅射放电稳定性和靶基距。因此，当镀膜膜层层数 少时工艺难度较小（如单银、双银），但膜层增加后工艺难度将随之呈几何数级增 加。④理论成本高，工序较在线法更多更繁杂，能耗更高。

　　我们认为，在线与离线镀膜玻璃工艺各有利弊，不同细分领域下游需求存在明显差 异，因而工艺路线抉择的考量因素并不相同。

　　Low-E建筑玻璃在线、离线产品成本及性能差距不明显，离线工艺凭借灵活性可以 更好满足下游多元化需求成为主导工艺路线）在线离线产品成本相差不大，与技术国产化程度有关：据中玻网，上世纪80年 代中期，我国引进镀膜玻璃工艺时对海外市场的调研结果显示，在线镀膜产品主要 面向民用住宅和小型公建项目，离线镀膜主要面向公共建筑，因而当时的引进策略 是直接引进更为先进的离线镀膜工艺。牛晓在《低辐射(low-E)玻璃在线离线比较》 中对比分析low-E玻璃在线离线产品，并指出①技术设备成本：low-E玻璃在线（未国 产化）引进海外工艺、设备需支付1.2亿美元技术转让费，而离线工艺已成熟，购进 海外设备需要1亿人民币，国内设备价格仅0.7亿人民币；②综合成本价格：在技术设 备成本巨大差距下，在线、离线low-E玻璃合成中空玻璃的成本价格基本相同，可以 推测在线生产批量化、国产化后能达到更低成本水平。

　　（2）在线离线性能差距不明显：为了保障节能效果，在线、离线low-E均需制成中 空玻璃再销售（不单片使用），因而在线low-E玻璃耐久性、耐候性的优势难以体现。 节能性能方面，离线产品具有辐射率更低的优势，但对比综合节能效果，在线离线 产品中空后节能效果并没有明显差距。

　　（3）离线能实现灵活生产，满足下游颜色品种多样化需求。建筑设计师一般都十分 强调自己建筑作品的独特风格，尽量避免与已有建筑或周围建筑物相似或雷同，因 此要求low-E产品颜色品种多样。在线low-E玻璃颜色单一，只能通过基片的颜色实 现反射色的改变，而且是固定参数批量生产，难以应付要求零散的定制化订单。而 离线low-E能通过频繁调整膜系，设计出多样颜色、不同透过率的产品，迎合下游定 制化需求。 从离线产线设计产能、实际产量对比亦可验证下游订单的定制化、零散化。2016年 底我国拥有low-E产线亿平，其中离线亿平， 平均单线万平，然而当年度我国离线亿平，平均单线万平（平均产能利用率约27.5%），下游客户分散、订单定制化（膜系需频繁切换） 使得厂商较难实现规模化生产，在线工艺成本优势无从发挥，离线工艺凭生产灵活 性占据主导。

　　TCO玻璃工业品属性更突出，下游薄膜太阳能电池厂商首先关注产品性能指标，其 次要求低成本，在线工艺凭借这两方面优势率先走向产业化。

　　（1）产品性能：作为钙钛矿、碲化镉关键部件，TCO玻璃性能优劣直接影响薄膜太 阳能电池光电转化效率以及在BIPV幕墙上的应用效果。浮法产线高温环境限制下， TCO玻璃三种薄膜材料中仅FTO成熟兼容在线和离线两种加工方式。对比FTO在线、 离线产品量化性能指标，在线化学气相沉积法载流子迁移率明显更高，导电性更好。 如前文所述，对比TCO三种材料，在线化学气相沉积制备的FTO薄膜透光率、导电率性能并不突出，但其晶体质量高、表面形貌可控（即雾度可调，增加光散射），满 足激光刻蚀加工条件，耐候性、耐久性显著更优，因而在线FTO综合性能更适配下 游薄膜太阳能电池厂商需求。

　　（2）理论成本：TCO玻璃成本约占薄膜太阳能电池成本1/3，TCO玻璃环节降本对 薄膜太阳能电池降低度电成本、实现应用推广意义重大。①从初始投资考虑，在线 镀膜需要对现成浮法线改造，资金、时间成本较高，据齐鲁晚报，金晶科技首条TCO 玻璃产线年9月12日公告，金晶科技滕州二线月启动改造，预计 总投资额4.5亿元，计划今年第三季度点火；离线镀膜需要额外建造新产线，初始投 资成本同样不低，据板硝子欧洲技术中心报告（2014），一条年产1000万平TCO玻 璃的磁控溅射产线（包括设备）总投资额约为0.4亿美元（约2.7亿人民币）。②从可 变成本考虑，在线镀膜省去二次加工的搬运、传输、清洗、抽真空、加热等工序，节 约能耗与劳动成本，大批量生产更高效，需要注意的是，由于在线TCO玻璃生产期 间参数调节灵活性较弱，镀膜端废品较难重新熔化利用，产品性能不佳时难以摊薄 成本。因此，预计大批量生产时在线TCO玻璃理论成本更低，良率更高的企业享有 成本优势。

　　2010年代，国内掀起第一波TCO镀膜玻璃技术研发与生产热潮，当时格局呈在线与 离线工艺并存，且离线数量占优；近两年，在国内已有成熟离线low-E镀膜技术储备 背景下，反而是金晶科技、中国玻璃TCO玻璃在线产线率先投产，日本板硝子、艾 杰旭大连同样采用在线工艺，这一现象或印证了下游对保障产品性能、降低理论成 本的强烈诉求，对生产灵活性的相对弱化（TCO玻璃工业品属性更重）。

　　TCO在线镀膜工艺路线核心在于设备自研能力+工艺优化及控制能力，要求厂商有 深厚的工艺经验积淀。 设备端，市面无成熟装备供应，要求厂商根据自身经验与生产需要自研开发。lowE、TCO等玻璃在线镀膜工艺技术难点主要是浮法玻璃生产的固定速度、气氛和高温 环境造成的，玻璃板运行速度快、气氛调节困难、镀膜环境温度高，镀膜设备、反应 过程与浮法线必须实现较高兼容性，否则出现偏差将产生大量低质品。然而，由于 Low-E玻璃在线镀FTO膜层工艺发展迟缓，且TCO玻璃在线镀膜设备要求更高，市 面上并无成熟的在线镀膜设备供应，国内设计院也欠缺在线镀膜的设备、产线设计 经验。如金晶科技专利《一种用于光伏TCO玻璃的在线镀膜生产设备》提到的，传统在线镀膜生产设备并不适用TCO玻璃生产，喷 涂得到的膜层存在死角且均匀性较差，最终镀膜效果不理想。因此，厂商需要在浮 法线新建或冷修期间根据自身工艺经验、生产需要从设计端开始改造，熔化、锡退、 锡槽、退火、切裁、包装、成品等各工段都需要配合TCO镀膜玻璃生产调整硬件和 工艺。

　　设备自研技术难点包括：（1）镀膜反应器在高温环境中的结构稳定性（400~700℃ 工作温度）；（2）镀膜反应器结构参数设计合理性；（3）镀膜环境调节装置解决镀 膜与浮法生产环境矛盾，例如TCO玻璃底膜在锡槽镀制、功能膜在退火窑A0区镀制， 锡槽排放气体气流顺向、退火窑温差气流逆向，气流场不稳定，并且两块区域横向 温差较大，容易造成膜层厚度不均匀。设备自研能力一方面保证厂商初始投资成本 低于外购海外整线的竞争对手，另一方面有效防止工艺扩散，助力厂商工艺快速迭 代。

　　工艺端，在线镀膜系统复杂，工艺优化和控制难点主要体现在：一是生产良率，产 品性能本身存在相互制约关系，膜层性能指标受多项因素影响，同时精准调控多变 量才能实现性能最优解；二是生产效率，在保障生产效率前提下较难提高反应气体 利用率与膜层均匀性。 TCO膜层性能相互制约，工艺优化难度较大。例如TCO玻璃透过率、导电性对氧空 位、掺杂的要求相互矛盾，二者最优性能不可兼得；又如雾度提高有时会大幅降低 透光率，虽然雾度和透过率没有直接对应关系，但雾度提高常常是建立在薄膜膜层 增厚而引起表面粗糙度增加的前提下的，而薄膜厚度增厚影响可见光透过率。

　　TCO膜层性能受多项因素影响，包括膜层结构设计、前驱体、氟掺杂量、催化剂、 退火处理等。 （1）膜层结构设计：以FTO组分为例，玻璃基板主要成分SiO2折射率为1.55，顶层 SnO2的折射率为2.0，折射率差值会导致色差出现；同时高温工艺下玻璃基板中碱金 属离子（主要是钠离子）会向顶层SnO2渗透并破坏膜层结构，因此FTO膜层基础膜 层结构通常由底膜SnxSiyO2（阻挡层+消色层）+ SnO2∶F顶膜（导电功能层）构成。 理论上，底膜SnxSiyO2应沿膜层法向形成成分连续渐变状态，以消除层与层之间的 突变界面，从而使得基板与功能膜界面融合联结，改善透过率。渐变结构通过调整 不同的Si/Sn沉积率来调节。

　　（2）前驱体、掺杂：在线CVD法制备FTO薄膜原料为锡源、氟源气态反应前驱物， 不同前驱物、掺杂镀制薄膜性能各有差异。以氟源前驱物为例，据《不同氟源对FTO 薄膜性能影响及其作用机理》（樊琳等，2018），不同氟源F -和SnO2晶粒间的键合 方式不同，或生成氟锡化合物的难易程度不同，使得FTO薄膜表面形貌、晶粒结构 和光电性能有显著差异。据《溶胶-凝胶-蒸镀法制备高性能FTO薄膜》（史晓慧，2016）， 氟掺杂是影响FTO薄膜性能的关键因素之一，氟掺杂量过多或过少均不利于SnO2- xFx晶体生长，氟元素掺入增多，载流子浓度增大，影响透过率与导电性。据《大面 积FTO透明导电薄膜制备技术研究进展》（李建生等，2017），日本旭硝子采用分 步沉积不掺氟氧化锡和掺氟氧化锡薄膜，免除沉积SiO2薄膜的前处理过程，改善了 FTO玻璃综合性能。

　　（3）催化剂：引入催化剂水有利于控制雾度，并能在未显著影响薄膜透过率的前提 下提高薄膜电导，但水用量与雾度、导电性并非线性关系，需要严格控制水用量。

　　（4）退火处理：薄膜的结构、组成、电学、光学性能在不同退火气氛及退火温度下 会发生变化。①退火气氛对透过率有一定影响，据《退火处理对SnO2∶F薄膜光电 性能的影响》（李铭，2012），样品未退火前在可见光范围内平均透过率为72.6%， 空气中退火后的薄膜光透过率为70.5%，而氮气退火则为72.5%；②退火时间和退火 温度对透光率有影响，高温退火后氟离子扩散出去，导致薄膜载流子浓度减小，从 而影响光电性能。

　　浮法产线高温高速拉引条件下较难提高反应气体利用率与膜层均匀性。实际在线镀 膜生产中，通常要低于日熔化量的拉引速度才能保证产线稳定运行，但这样会造成 产量明显下降，为了取得更高经济效益，必须提高玻璃拉引速度。此时工艺优化与 控制难度体现在：（1）反应气体利用率，据《在线Low-E玻璃的理论与实践》（刘 起英等，2015），玻璃板高速拉引，薄膜生长只有1~3秒时间，要求生长速率要快， 气体流量要高，但这时整个板面上的热边界层很薄，气流不平衡，反应气体转化效 率就较低。（2）膜层均匀性，化学原料沉积反应速度与玻璃板温度呈正比，要求严 格控制镀膜区板面温度和玻璃板横向温差，保证整个板面生长速率一致（板面宽度 甚至达到5米），从而确保薄膜均匀性。据《高速拉引下“在线Low-E镀膜玻璃”生 产探讨》（兰明雄，2016），高拉引速度下，在线low-E常出现板面白道和暗道、厚 度差、色差等均匀性问题，体现出高温高速拉引环境下low-E膜层均匀性控制难度， 而TCO玻璃对均匀性要求更高，工艺控制难度更上一个台阶。

　　TCO玻璃为非标产品，需要厂商为不同客户定制化设计，客户粘性强。据TCO玻璃 主要供应商板硝子在欧洲技术中心报告介绍，板硝子产品厚度、化学性质各不相同， 产品往往是专门与单个客户协同设计生产的非标品，由于薄膜太阳能电池客户对产 品规格、性能和缺陷控制非常严格，需与每位客户共同验证产品性能。当前薄膜电 池技术路线仍有分歧，不同电池膜系结构、制备工艺、光谱曲线均有差异，与不同 TCO玻璃配套呈现出的光电转化效率也就各有高低，因而TCO玻璃厂商通常需要针 对客户膜系结构定制化设计产品。TCO玻璃质量与薄膜电池效率挂钩，下游验证需 要一定周期，且薄膜电池产业链相对封闭，因而产品验证通过稳定供应后，客户转 换成本较高，供销双方倾向形成长期稳定合作关系。 TCO玻璃工艺环节具有设备自研+工艺优化与控制壁垒，只有一定工艺经验积淀的厂 商能实现设备与技术的双重突破，使得TCO玻璃赛道具有先发优势属性。又因为产 品需要上下游联合设计，头部企业容易在客户环节将先发优势转化为卡位优势。

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