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碲化鎘薄膜太陽能電池優點及產業現狀介紹

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年08月13日  

碲化鎘薄膜太陽能電池優點及產業現狀

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的異質結為基礎的薄膜太陽能電池。第一個碲化鎘薄膜太陽能電池是由RCA實驗室在CdTe單晶上鍍上In的合金制得的,其光電轉換效率為2.1%。1982年,Kodak實驗室用化學沉積法在P型的CdTe上制備一層超薄的CdS,制備了效率超過10%的異質結p-CdTe/n-CdS薄膜太陽能電池。這是現階段碲化鎘薄膜太陽能電池的原型。20世紀90年代初,碲化鎘薄膜太陽能電池已實現了規模化生產,但市場發展緩慢,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驗室中獲得的最高光電轉換效率已達到17.3%。其商用模塊的轉換效率也達到了10%左右。

二、碲化鎘薄膜太陽能電池的優點

1、電池性能穩定。一般的碲化鎘薄膜太陽能電池的設計使用時間為20年。

2、轉換效率高。碲化鎘薄膜太陽能電池的理論光電轉換效率約為28%。

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

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

5、電池結構簡單。制造成本低,容易實現規模化生產。

三、國內外碲化鎘薄膜太陽能電池產業現狀及趨勢

1、國內碲化鎘薄膜太陽能電池產業現狀

國CdTe薄膜電池的研究工作開始于上世紀80年代初。內蒙古大學采用蒸發技術、北京太陽能研究所采用電沉積技術(ED)研究和制備碲化鎘薄膜太陽能電池,后者研制的電池轉換效率達到了5.8%。80年代中期至90年代中期,研究工作處于停頓狀態。90年代后期,四川大學太陽能材料與器件研究所,在馮良桓教授的帶領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,承擔了科技部資助的科技攻關計劃課題:“Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體多晶薄膜太陽電池的研制”,教授采用近空間升華技術研究碲化鎘薄膜太陽能電池,并取得很好的成績。最近電池轉換效率已經突破13.38%,進入了世界先進行列。“十五”期間,CdTe電池研究被列入國家高技術研究發展計劃“863”重點項目。經過多年幾代科學工作者的不懈努力,我國正處于實驗室基礎研究到應用產業化的快速發展階段,CdTe電池的研究,從原來的只有內蒙古大學、四川大學、新疆大學等幾家科研院所進行,到今年的四川阿波羅太陽能科技開發股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太陽能電池核心材料產業化(為期兩年,將建設擁有年產碲化鎘50噸的生產線、硫化鎘10噸生產線),使我國在CdTe電池產業化將得到長足發展,從而使我國碲化鎘薄膜太陽能電池產業快速步入世界先進行列。

2、國外碲化鎘薄膜太陽能電池產業現狀

碲化鎘薄膜太陽能電池是薄膜太陽電池中發展較快的一種光伏器件。美國南佛羅里達大學于1993年用升華法在1cm2面積上做出轉換效率為15.8%的太陽電池;隨后,日本MatsushitaBattery研究的CdTe小面積電池在實驗室里的最高轉換效率為16%,成為當時碲化鎘薄膜太陽能電池的最高紀錄。近年來,太陽電池的研究方向是高轉換效率、低成本和高穩定性。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注,許多組織和公司都開始了研究和測試。西門子開發的面積為3600cm2的碲化鎘薄膜太陽能電池轉換效率達到11.1%的水平;美國國家可再生能源實驗室公布了SolarCells公司的面積為6879cm2的碲化鎘薄膜太陽能電池的測試結果,其轉換效率達到7.7%;BpSolar的碲化鎘薄膜太陽能電池面積為4540cm2,轉換效率為8.4%,面積為706cm2,轉換效率達到10.1%;GoldanPhoton的碲化鎘薄膜太陽能電池,面積為3528cm2,轉換效率為7.7%。人們認為,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構及各層材料工藝進行優化,適當減薄窗口層CdS的厚度,可減少入射光的損失,從而增加電池短波響應以提高短路電流密度,較高轉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;實驗室成果想要走向產業,必須經過組件以及生產模式的設計、研究和優化過程。近年來,已經有許多國家的研究小組已經能夠制造出轉換效率12%以上的碲化鎘薄膜太陽能電池。在廣泛深入的應用研究基礎上,國際上許多國家的CdTe電池已由實驗室研究階段開始走向規模工業化生產。1998年美國的碲化鎘薄膜太陽能電池產量只有0.2MW,而在2010年,美國第一光伏的年CoTe生產量達到了2.2GW,商業模塊平均效率為11.7%,而生產成本卻低至0.75美元/瓦,并且宣布在今后的幾年內會更低。

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