碲化镉薄膜太阳能电池优点及产业现状介绍

碲化镉薄膜太阳能电池优点及产业现状

一、什么是碲化镉薄膜太阳能电池？

碲化镉薄膜太阳能电池简称CdTe电池，它是一种以p型CdTe和n型Cd的异质结为基础的薄膜太阳能电池。第一个碲化镉薄膜太阳能电池是由RCA实验室在CdTe单晶上镀上In的合金制得的，其光电转换效率为2.1%。1982年，Kodak实验室用化学沉积法在P型的CdTe上制备一层超薄的CdS，制备了效率超过10%的异质结p-CdTe/n-CdS薄膜太阳能电池。这是现阶段碲化镉薄膜太阳能电池的原型。20世纪90年代初，碲化镉薄膜太阳能电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。目前碲化镉薄膜太阳能电池在实验室中获得的最高光电转换效率已达到17.3%。其商用模块的转换效率也达到了10%左右。

二、碲化镉薄膜太阳能电池的优点

1、电池性能稳定。一般的碲化镉薄膜太阳能电池的设计使用时间为20年。

2、转换效率高。碲化镉薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为28%。

3、理想的禁带宽度。CdTe的禁带宽度一般为1.45eV，CdTe的光谱响应和太阳光谱非常匹配。

4、高光吸收率。CdTe的吸收系数在可见光范围高达104cm-1以上，95%的光子可在1μm厚的吸收层内被吸收。

5、电池结构简单。制造成本低，容易实现规模化生产。

三、国内外碲化镉薄膜太阳能电池产业现状及趋势

1、国内碲化镉薄膜太阳能电池产业现状

国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。内蒙古大学采用蒸发技术、北京太阳能研究所采用电沉积技术（ED）研究和制备碲化镉薄膜太阳能电池，后者研制的电池转换效率达到了5.8%。80年代中期至90年代中期，研究工作处于停顿状态。90年代后期，四川大学太阳能材料与器件研究所，在冯良桓教授的带领下在我国开展了碲化镉薄膜太阳能电池的研究，在“九五”期间，承担了科技部资助的科技攻关计划课题：“Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制”，教授采用近空间升华技术研究碲化镉薄膜太阳能电池，并取得很好的成绩。最近电池转换效率已经突破13.38%，进入了世界先进行列。“十五”期间，CdTe电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目。经过多年几代科学工作者的不懈努力，我国正处于实验室基础研究到应用产业化的快速发展阶段，CdTe电池的研究，从原来的只有内蒙古大学、四川大学、新疆大学等几家科研院所进行，到今年的四川阿波罗太阳能科技开发股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太阳能电池核心材料产业化（为期两年，将建设拥有年产碲化镉50吨的生产线、硫化镉10吨生产线），使我国在CdTe电池产业化将得到长足发展，从而使我国碲化镉薄膜太阳能电池产业快速步入世界先进行列。

2、国外碲化镉薄膜太阳能电池产业现状

碲化镉薄膜太阳能电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出转换效率为15.8%的太阳电池；随后，日本MatsushitaBattery研究的CdTe小面积电池在实验室里的最高转换效率为16%，成为当时碲化镉薄膜太阳能电池的最高纪录。近年来，太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性。因此，以碲化镉薄膜太阳能电池为代表的薄膜太阳电池倍受关注，许多组织和公司都开始了研究和测试。西门子开发的面积为3600cm2的碲化镉薄膜太阳能电池转换效率达到11.1%的水平；美国国家可再生能源实验室公布了SolarCells公司的面积为6879cm2的碲化镉薄膜太阳能电池的测试结果，其转换效率达到7.7%；BpSolar的碲化镉薄膜太阳能电池面积为4540cm2，转换效率为8.4%，面积为706cm2，转换效率达到10.1%；GoldanPhoton的碲化镉薄膜太阳能电池，面积为3528cm2，转换效率为7.7%。人们认为，碲化镉薄膜太阳能电池是太阳能电池中最容易制造的,因而它向商品化进展最快。提高效率就是碲化镉薄膜太阳能电池组件要对电池结构及各层材料工艺进行优化，适当减薄窗口层CdS的厚度，可减少入射光的损失，从而增加电池短波响应以提高短路电流密度，较高转换效率的碲化镉薄膜太阳能电池就采用了较薄的CdS窗口层。要降低成本，就必须将CdTe的沉积温度降到550℃以下，以适于使用廉价的玻璃作衬底；实验室成果想要走向产业，必须经过组件以及生产模式的设计、研究和优化过程。近年来，已经有许多国家的研究小组已经能够制造出转换效率12%以上的碲化镉薄膜太阳能电池。在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的CdTe电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。1998年美国的碲化镉薄膜太阳能电池产量只有0.2MW，而在2010年，美国第一光伏的年CoTe生产量达到了2.2GW，商业模块平均效率为11.7%，而生产成本却低至0.75美元/瓦，并且宣布在今后的几年内会更低。