碲化鎘薄膜太陽能電池優(yōu)點(diǎn)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

一、什么是碲化鎘薄膜太陽能電池？

碲化鎘薄膜太陽能電池簡稱CdTe電池，它是一種以p型CdTe和n型Cd的異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)的薄膜太陽能電池。第一個碲化鎘薄膜太陽能電池是由RCA實(shí)驗(yàn)室在CdTe單晶上鍍上In的合金制得的，其光電轉(zhuǎn)換效率為2.1%。1982年，Kodak實(shí)驗(yàn)室用化學(xué)沉積法在P型的CdTe上制備一層超薄的CdS，制備了效率超過10%的異質(zhì)結(jié)p-CdTe/n-CdS薄膜太陽能電池。這是現(xiàn)階段碲化鎘薄膜太陽能電池的原型。20世紀(jì)90年代初，碲化鎘薄膜太陽能電池已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，但市場發(fā)展緩慢，市場份額一直徘徊在1%左右。目前碲化鎘薄膜太陽能電池在實(shí)驗(yàn)室中獲得的最高光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到17.3%。其商用模塊的轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了10%左右。

二、碲化鎘薄膜太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)

1、電池性能穩(wěn)定。一般的碲化鎘薄膜太陽能電池的設(shè)計使用時間為20年。

2、轉(zhuǎn)換效率高。碲化鎘薄膜太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率約為28%。

3、理想的禁帶寬度。CdTe的禁帶寬度一般為1.45eV，CdTe的光譜響應(yīng)和太陽光譜非常匹配。

4、高光吸收率。CdTe的吸收系數(shù)在可見光范圍高達(dá)104cm-1以上，95%的光子可在1μm厚的吸收層內(nèi)被吸收。

5、電池結(jié)構(gòu)簡單。制造成本低，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

三、國內(nèi)外碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及趨勢

1、國內(nèi)碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

國CdTe薄膜電池的研究工作開始于上世紀(jì)80年代初。內(nèi)蒙古大學(xué)采用蒸發(fā)技術(shù)、北京太陽能研究所采用電沉積技術(shù)（ED）研究和制備碲化鎘薄膜太陽能電池，后者研制的電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.8%。80年代中期至90年代中期，研究工作處于停頓狀態(tài)。90年代后期，四川大學(xué)太陽能材料與器件研究所，在馮良桓教授的帶領(lǐng)下在我國開展了碲化鎘薄膜太陽能電池的研究，在“九五”期間，承擔(dān)了科技部資助的科技攻關(guān)計劃課題：“Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體多晶薄膜太陽電池的研制”，教授采用近空間升華技術(shù)研究碲化鎘薄膜太陽能電池，并取得很好的成績。最近電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破13.38%，進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。“十五”期間，CdTe電池研究被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃“863”重點(diǎn)項(xiàng)目。經(jīng)過多年幾代科學(xué)工作者的不懈努力，我國正處于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究到應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展階段，CdTe電池的研究，從原來的只有內(nèi)蒙古大學(xué)、四川大學(xué)、新疆大學(xué)等幾家科研院所進(jìn)行，到今年的四川阿波羅太陽能科技開發(fā)股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太陽能電池核心材料產(chǎn)業(yè)化（為期兩年，將建設(shè)擁有年產(chǎn)碲化鎘50噸的生產(chǎn)線、硫化鎘10噸生產(chǎn)線），使我國在CdTe電池產(chǎn)業(yè)化將得到長足發(fā)展，從而使我國碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)快速步入世界先進(jìn)行列。

2、國外碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

碲化鎘薄膜太陽能電池是薄膜太陽電池中發(fā)展較快的一種光伏器件。美國南佛羅里達(dá)大學(xué)于1993年用升華法在1cm2面積上做出轉(zhuǎn)換效率為15.8%的太陽電池；隨后，日本MatsushitaBattery研究的CdTe小面積電池在實(shí)驗(yàn)室里的最高轉(zhuǎn)換效率為16%，成為當(dāng)時碲化鎘薄膜太陽能電池的最高紀(jì)錄。近年來，太陽電池的研究方向是高轉(zhuǎn)換效率、低成本和高穩(wěn)定性。因此，以碲化鎘薄膜太陽能電池為代表的薄膜太陽電池倍受關(guān)注，許多組織和公司都開始了研究和測試。西門子開發(fā)的面積為3600cm2的碲化鎘薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.1%的水平；美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室公布了SolarCells公司的面積為6879cm2的碲化鎘薄膜太陽能電池的測試結(jié)果，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.7%；BpSolar的碲化鎘薄膜太陽能電池面積為4540cm2，轉(zhuǎn)換效率為8.4%，面積為706cm2，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.1%；GoldanPhoton的碲化鎘薄膜太陽能電池，面積為3528cm2，轉(zhuǎn)換效率為7.7%。人們認(rèn)為，碲化鎘薄膜太陽能電池是太陽能電池中最容易制造的,因而它向商品化進(jìn)展最快。提高效率就是碲化鎘薄膜太陽能電池組件要對電池結(jié)構(gòu)及各層材料工藝進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)減薄窗口層CdS的厚度，可減少入射光的損失，從而增加電池短波響應(yīng)以提高短路電流密度，較高轉(zhuǎn)換效率的碲化鎘薄膜太陽能電池就采用了較薄的CdS窗口層。要降低成本，就必須將CdTe的沉積溫度降到550℃以下，以適于使用廉價的玻璃作襯底；實(shí)驗(yàn)室成果想要走向產(chǎn)業(yè)，必須經(jīng)過組件以及生產(chǎn)模式的設(shè)計、研究和優(yōu)化過程。近年來，已經(jīng)有許多國家的研究小組已經(jīng)能夠制造出轉(zhuǎn)換效率12%以上的碲化鎘薄膜太陽能電池。在廣泛深入的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，國際上許多國家的CdTe電池已由實(shí)驗(yàn)室研究階段開始走向規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1998年美國的碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)量只有0.2MW，而在2010年，美國第一光伏的年CoTe生產(chǎn)量達(dá)到了2.2GW，商業(yè)模塊平均效率為11.7%，而生產(chǎn)成本卻低至0.75美元/瓦，并且宣布在今后的幾年內(nèi)會更低。