三種主要的薄膜太陽能電池詳解
人們認(rèn)為,CdTe薄膜太陽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CdTe 電池就采用了較薄的CdS 窗口層而創(chuàng)了最高紀(jì)錄。要降低成本,就必須將CdTe 的沉積溫度降到550 ℃以下,以適于廉價的玻璃作襯底;實驗室成果走向產(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,不僅有許多國家的研究小組已經(jīng)能夠在低襯底溫度下制造出轉(zhuǎn)換效率12%以上的CdTe 太陽電池,而且在大面積組件方面取得了可喜的進(jìn)展,許多公司正在進(jìn)行CdTe薄膜太陽電池的中試和生產(chǎn)廠的建設(shè)。有的已經(jīng)投產(chǎn)。
在廣泛深入的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上,國際上許多國家的CdTe薄膜太陽電池已由實驗室研究階段開始走向規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1998年美國的CdTe電池產(chǎn)量就為0.2MW,目前,美國高爾登光學(xué)公司 (Golden Photo)在CdTe薄膜電池的生產(chǎn)能力為2MW,日本的CdTe電池產(chǎn)量為2.0MW。德國ANTEC公司將在Rudisleben建成一家年產(chǎn)10MW的CdTe薄膜太陽電池組件生產(chǎn)廠,預(yù)計其生產(chǎn)成本將會低于$1.4/W。該組件不但性能優(yōu)良,而且生產(chǎn)工藝先進(jìn),使得該光伏組件具有完美的外型,能在建筑物上使用,既拓寬了應(yīng)用面,又可取代某些建筑材料而使電池成本進(jìn)一步降低。BP Solar公司計劃在Fairfield生產(chǎn)CdTe薄膜太陽電池。而Solar Cells公司也將進(jìn)一步擴大CdTe薄膜太陽電池生產(chǎn)。
CdTe薄膜太陽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面積上做出效率為15.8 %的太陽電池 ,隨后,日本Matsushita Battery報道了CdTe基電池以CdTe作吸收層,CdS作窗口層的n-CdS/ P - CdTe半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)電池,其典型結(jié)構(gòu)為MgF2/玻璃/ SnO2:F/ n-CdS/ P- dTe/背電極,小面積電池最高轉(zhuǎn)換效率16%,成為當(dāng)時CdTe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CdTe為代表的薄膜太陽電池倍受關(guān)注,Siemens報道了面積為3600cm2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驗室提供了Solar Cells lnc的面積為6879cm2CdTe薄膜太陽電池的測試結(jié)果,轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.7%;Bp Solar的CdTe薄膜太陽電池,面積為4540cm2,效率為8.4%,面積為706cm2的太陽電池,轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.1%;Goldan Photon的CdTe太陽電池,面積為3528cm2,轉(zhuǎn)換效率為7.7%。
碲化鎘薄膜太陽電池的制造成本低,目前,已獲得的最高效率為16%,是應(yīng)用前景最好的新型太陽電池,它已經(jīng)成為美、德、日、意等國研究開發(fā)的主要對象。
CdTe薄膜太陽電池較其他的薄膜電池容易制造,因而它向商品化進(jìn)展最快。已由實驗室研究階段走向規(guī);I(yè)生產(chǎn)。下一步的研發(fā)重點,是進(jìn)一步降低成本、提高效率并改進(jìn)與完善生產(chǎn)工藝。CdTe太陽能電池在具備許多有利于競爭的因素下,但在2002年其全球市占率僅0.42﹪,目前CdTe電池商業(yè)化產(chǎn)品效率已超過10﹪,究其無法耀升為市場主流的原因,大至有下列幾點:一、模塊與基材材料成本太高,整體CdTe太陽能電池材料占總成本的53﹪,其中半導(dǎo)體材料只占約5.5﹪。二、碲天然運藏量有限,其總量勢必?zé)o法應(yīng)付大量而全盤的倚賴此種光電池發(fā)電之需。三、鎘的毒性,使人們無法放心的接受此種光電池。
CdTe太陽能電池作為大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用的光伏器件,最值得關(guān)注的是環(huán)境污染問題。有毒元素Cd對環(huán)境的污染和對操作人員健康的危害是不容忽視的。我們不能在獲取清潔能源的同時,又對人體和人類生存環(huán)境造成新的危害。有效地處理廢棄和破損的CdTe組件,技術(shù)上很簡單。而Cd是重金屬,有劇毒,Cd的化合物與Cd一樣有毒。其主要影響,一是含有Cd的塵埃通過呼吸道對人類和其他動物造成的危害;二是生產(chǎn)廢水廢物排放所造成的污染。因此,對破損的玻璃片上的Cd和Te應(yīng)去除并回收,對損壞和廢棄的組件應(yīng)進(jìn)行妥善處理,對生產(chǎn)中排放的廢水、廢物應(yīng)進(jìn)行符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的處理。目前各國均在大力研究解決CdTe薄膜太陽能電池發(fā)展的因素,相信上述問題不久將會逐個解決,從而使碲化鎘薄膜電池成為未來社會新的能源成分之一。
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