碲化鎘薄膜太陽(yáng)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(yáng)能電池？

碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)稱(chēng)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(yáng)能電池。第一個(gè)碲化鎘薄膜太陽(yáng)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(guò)10%的異質(zhì)結(jié)p-CdTe/n-CdS薄膜太陽(yáng)能電池。這是現(xiàn)階段碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的原型。20世紀(jì)90年代初，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池已實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，但市場(chǎng)發(fā)展緩慢，市場(chǎng)份額一直徘徊在1%左右。目前碲化鎘薄膜太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池的設(shè)計(jì)使用時(shí)間為20年。

2、轉(zhuǎn)換效率高。碲化鎘薄膜太陽(yáng)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(yáng)光譜非常匹配。

4、高光吸收率。CdTe的吸收系數(shù)在可見(jiàn)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(jiǎn)單。制造成本低，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

三、國(guó)內(nèi)外碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1、國(guó)內(nèi)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

國(guó)CdTe薄膜電池的研究工作開(kāi)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能材料與器件研究所，在馮良桓教授的帶領(lǐng)下在我國(guó)開(kāi)展了碲化鎘薄膜太陽(yáng)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(jì)劃課題：“Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體多晶薄膜太陽(yáng)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(yáng)能電池，并取得很好的成績(jī)。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?！笆濉逼陂g，CdTe電池研究被列入國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“863”重點(diǎn)項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)多年幾代科學(xué)工作者的不懈努力，我國(guó)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(lái)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(yáng)能科技開(kāi)發(fā)股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太陽(yáng)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(xiàn)、硫化鎘10噸生產(chǎn)線(xiàn)），使我國(guó)在CdTe電池產(chǎn)業(yè)化將得到長(zhǎng)足發(fā)展，從而使我國(guó)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)快速步入世界先進(jìn)行列。

2、國(guó)外碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池是薄膜太陽(yáng)電池中發(fā)展較快的一種光伏器件。美國(guó)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(yáng)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(shí)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的最高紀(jì)錄。近年來(lái)，太陽(yáng)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(yáng)能電池為代表的薄膜太陽(yáng)電池倍受關(guān)注，許多組織和公司都開(kāi)始了研究和測(cè)試。西門(mén)子開(kāi)發(fā)的面積為3600cm2的碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.1%的水平；美國(guó)國(guó)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(yáng)能電池的測(cè)試結(jié)果，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.7%；BpSolar的碲化鎘薄膜太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池是太陽(yáng)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(yáng)能電池組件要對(duì)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(yáng)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(jià)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(guò)組件以及生產(chǎn)模式的設(shè)計(jì)、研究和優(yōu)化過(guò)程。近年來(lái)，已經(jīng)有許多國(guó)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(yáng)能電池。在廣泛深入的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，國(guó)際上許多國(guó)家的CdTe電池已由實(shí)驗(yàn)室研究階段開(kāi)始走向規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1998年美國(guó)的碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量只有0.2MW，而在2010年，美國(guó)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(huì)更低。