(CdTe)是1種由鎘與碲合成的結(jié)晶物質(zhì),是太陽能電池理想的半導(dǎo)體材料。
除在太陽能的應(yīng)用外,碲化鎘也可與汞形成HgCdTe合金,可應(yīng)用在紅外線偵測(cè)器的感光材料,但也因碲化鎘的毒性問題,應(yīng)用范圍未能普及。
如同其他鎘化合物般,碲化鎘被認(rèn)為是有毒物質(zhì),但只要不經(jīng)口服或呼吸方式進(jìn)入人體,碲化鎘對(duì)人體的危害有限。
美國(guó)能源部指出,碲化鎘太陽能模組只要經(jīng)過適當(dāng)回收程序處理,并不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害,其對(duì)環(huán)境的影響與鎘金屬完全不同。因此,CdTe太陽能模組在正常使用下,對(duì)環(huán)境的助益甚至大過于對(duì)環(huán)境的威脅。
過去以生產(chǎn)傳統(tǒng)硅太陽能面板為主的美商奇異(GE),未來將使用和美國(guó)太陽能業(yè)者FirstSolar相同的原料,轉(zhuǎn)進(jìn)薄膜太陽能電池領(lǐng)域。
盡管碲化鎘技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率低于晶硅太陽能電池,然奇異表示,當(dāng)同時(shí)考量轉(zhuǎn)換效率、氧造成本及原物料成本等因素后,碲化鎘技術(shù)擁有比其他薄膜太陽能技術(shù)更佳的成本結(jié)構(gòu),此為奇異選擇發(fā)展碲化鎘技術(shù)的主因。
據(jù)悉,碲化鎘太陽能電池的制造成本低,目前已獲得的最高效率為16%,是應(yīng)用前景很好的太陽能電池。
碲化鎘薄膜太陽能電池的發(fā)展日益受到重視。碲資源、電池成本、電池生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境的影響等問題是碲化鎘薄膜太陽能電池發(fā)展中受到很多人關(guān)注的問題。本文對(duì)此進(jìn)行了分析討論,最后分析了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)碲化鎘薄膜太陽能電池組件的關(guān)鍵技術(shù)。
碲化鎘薄膜太陽能電池的發(fā)展受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注,其小面積電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%,商業(yè)組件的轉(zhuǎn)換效率約9%,組件的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11%。國(guó)內(nèi)四川大學(xué)制備出轉(zhuǎn)換效率為13.38%的小面積單元太陽能電池,54cm2集成組件轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7%,正在進(jìn)行0.1┫組件生產(chǎn)線的建設(shè)和大面積電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)。
成本估算
考慮電池的結(jié)構(gòu)為玻璃/SnO2:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni,碲化鎘薄膜的厚度為5微米,轉(zhuǎn)換效率為7%,1MW碲化鎘薄膜太陽能電池所消耗的材料的成本如下表所示
可見,碲化鎘和透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成材料成本的主體,分別占到消耗材料總成本的45.4%和38.2%。
消耗材料的成本還可以進(jìn)一步降低,如將碲化鎘薄膜的厚度減薄1微米,則碲化鎘材料的消耗將降低20%,從而使材料總成本降低9.1%,即從每峰瓦6.21元降為5.64元。如使用99.999%純度的碲化鎘,效率依然能達(dá)到7%,材料成本還將進(jìn)一步降低。因此,材料成本達(dá)到或低于每峰瓦5元人民幣是可能的。
考慮工資、管理、電力和設(shè)備折舊等其他成本,碲化鎘薄膜太陽能電池的成本大約是每峰瓦13.64元人民幣或更低。因此,即使銷售價(jià)格為每峰瓦20~22元人民幣,約為晶體硅太陽能電池現(xiàn)在價(jià)格的60%,也能保證制造商有相當(dāng)?shù)睦麧?rùn)空間。
由于碲化鎘薄膜太陽能電池成本低,其發(fā)展對(duì)于解決我國(guó)西部地區(qū)分散居住人口的電力供應(yīng)具有重要意義。
碲資源
碲是地球上的稀有元素,發(fā)展碲化鎘薄膜太陽能電池面臨的首要問題就是地球上碲的儲(chǔ)藏量是否能滿足碲化鎘太陽能電池組件的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。工業(yè)上,碲主要是從電解銅或冶煉鋅的廢料中回收得到。據(jù)相關(guān)報(bào)道,地球上有碲14.9萬噸,其中中國(guó)有2.2萬噸,美國(guó)有2.5萬噸。
在美國(guó)碲化鎘薄膜太陽能電池制造商FirstSolar年產(chǎn)量25MW的工廠中,300~340公斤碲化鎘即可以滿足1MW太陽能電池的生產(chǎn)需要。考慮到碲的密度為6.25g/cm3,鎘的密度為8.64g/cm3,則130~140公斤碲即可以滿足1MW碲。
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