基本介紹
- 中文名：碲化鎘光電池
- 類別：光伏電池
- 理論轉換效率：30%
- 所屬：電機工程
- 特點：設計簡單、製作成本低、效率高
- 套用前景：較好
- 簡稱：CdTe
簡介,碲化鎘太陽電池製造和使用中的安全問題,其他主要光伏電池,晶體矽光電池（包括單晶矽與多晶矽）,非晶矽光電池,p—si光電池,CIS（銅銦硒）薄膜光電池,砷化鎵光電池,InP（磷化銦）光電池,我國太陽能光伏產業的發展,
簡介
碲化鎘是製造薄膜太陽能電池的一種非常重要的材料。碲化鎘薄膜電池的設計簡單，製作成本低，並且理論最高效率比矽電池的高。允許的最高理論轉換效率在大氣質量AM1.5條件下高達27%。此外，CdTe電池在高溫條件下的使用效果比矽電池更好，因此是套用前景較好的一種新型太陽能電池，已成為美、德、日、意等國研發的主要對象。
早在20世紀50年代中期，Jenny等人就對碲化鎘單晶體的電子能帶特性進行了闡述；而後在1959年，Nobel確定了Cd2Te相平衡、缺陷和CdTe半導體性質之間的關係，這一關係後來又被其他的研究組進一步的完善。基於N型CdTe單品和多晶膜的太陽能電池在20世紀60年代早期被製備出來，它們是用CdTe膜表面和銅酸鹽溶液反應來形成CdTe/Cu，Te異質結。隨後，在20世紀60~70年代，人們製成了基於P型CdTe單晶和蒸鍍而成的N型CdS膜的光伏電池，用單晶CdTe製成的電池效率約為10%，而製成的全多晶薄膜CdTe/CdS電池的效率則更高。在這段時期，Bonnet在1972年也提出了CdTe/CdS電池需要解決的一些基本問題，如摻雜效率、突變結和緩變結、活性或非活性晶界以及低阻電極等。到20世紀80年代早期，人們已經用各種製備方法製成了轉化效率接近或超過10%的上層配置型CdTe/CdS電池。截止到2004年，上層配置型CdTe電池的轉化效率最高為16. 5%。玻璃是最常用的襯底材料，不過最近人們在努力研究發展基於聚醯亞胺( polyimide）和金屬箔片的輕便型電池。基於玻璃襯底的CdTe電池的效率一般在10%~16%，轉換率依賴於製備方法的多樣性。而在金屬和聚醯亞胺襯底上的CdTe輕便型電池的效率分別已經達到7. 8%和11%。這種輕便型太陽能電池具有高的特定功率，因而具有很多潛在的套用價值。目前，已獲得相關太陽能電池的最高效率為16. 5%（1cm2） ，電池模組效率達到11%（0.94m2）。 ’
碲化鎘電池儘管在成本上有一定的優勢，但是同時也存在很多缺點。第一，在製備電池和使用過程中如果不幸發生火災，有可能將電池中包含的毒性較大的Cd元素釋放出來，將會造成環境危害。第二，Te的價格較高，使CdTe的製造成本一直居高不下。
許多公司正在深入研究CdTe薄膜太陽能電池，最佳化薄膜製備工藝，提高組件的穩定性，防範Cd對環境和操作者健康的危害，以實現大規模生產。
碲化鎘太陽電池製造和使用中的安全問題
在碲化鎘太陽電池剛剛取得引人注目的進展時，這種光伏器件在生產和使用中的毒性和對環境的影響就成了不可迴避的問題。一些研究者很快就經實驗驗證，碲化鎘不溶於水，在大氣壓下，升華溫度接近500℃，它不會通過皮膚和呼吸道進入人體。
本世紀初，碲化鎘薄膜已經實現產業化，布魯克海文國家實驗室的Fthenakis等人研究了碲化鎘光伏組件的整個生命周期對環境的影響。他們從First Solar LLC.採集數據，然後同晶體矽及其他太陽電池進行對比，得出了十分可靠的結論（圖3-23和圖3-24）。
從圖3-23可以看出，煤和石油發電排放的鎘是最多的。在太陽電池中，碲化鎘太陽電池的鎘排放是最少的，不到晶體矽太陽電池排放量的一半。圖3-24中列出了四種太陽電池對砷、鉻、鉛、汞和鎳等幾種金屬的排放情況。圖中方框內給出了估算依據的一些細節，如太陽電池的效率。圖中淺藍色柱狀圖為無框線的碲化鎘太陽電池，它在其生命周期中，對重金屬的排放比幾種矽太陽電池低得多。
其他主要光伏電池
太陽能光伏電池最早由Bell實驗室於1954年發明，目的是希望能為偏遠地區提供供電系統的能源，那時太陽電池的效率只有6%。接著從1957年蘇聯發射第一顆人造衛星開始，太陽能光伏電池的套用得到快速發展。太陽能光伏電池的關鍵是光伏轉換效率。目前，主要的太陽光伏電池及其轉換效率如下：
晶體矽光電池（包括單晶矽與多晶矽）
最高效率在AM1.5條件下為24%，空間用高質量的效率在AM0條件約為13.5%~18%，地面用大量生產的在AM1條件下多在11%~18%之間。
非晶矽光電池
小面積轉換效率為14.6%，大面積大量生產的為8%~10%，疊層結構的最高效率可達21%。
p—si光電池
其轉換效率為15.3%，經減薄襯底，加強陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法製備的轉換效率約為12.6%~17.3%。
CIS（銅銦硒）薄膜光電池
目前國際光伏界研究開發的熱門課題之一，它具有轉換效率高（已達到17.7%），性能穩定，製造成本低的特點。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價襯底上分別沉積多層膜而構成的，厚度可做到2~3μm。
砷化鎵光電池
GaAs（砷化鎵）光電池大多採用液相外延法或MOCVD技術製備。用GaAs作襯底的光電池效率高達29.5%（一般在19.5%左右）。
InP（磷化銦）光電池
這種電池的抗輻射性能特別好，效率達17%~19%，多用於空間方面。
我國太陽能光伏產業的發展
太陽能光伏產業鏈包括矽料、矽片、電池片、電池組件、套用系統5個環節。上游為矽料、矽片環節；中游為電池片、電池組件環節；下游為套用系統環節。從全球範圍來看，產業鏈5個環節所涉及企業數量依次大幅增加，整個光伏市場產業鏈呈金字塔形分布。目前，中國的光伏企業主要集中於產業鏈中下游，即電池片和電池組件兩個環節，組件生產企業需要的技術含量相對不高，進入門檻較低，我國太陽能組件企業大概已有200家左右，但在光伏原料上主要依賴進口，企業抗風險能力較弱。
2002年至2007年，中國的太陽能光伏製造處於年平均增幅超過100%的高增長期，總體上中國已經成為僅次於日本和德國的第三大光伏製造國。2006年中國光伏電池產能已達到1600兆瓦，2007年光伏產能將比2006年翻一番，我國光伏產品90%出口海外，大約10%自用。截至2007年底，中國光伏產業已有10家企業實現海外上市，融資總額19.77億美元，並有多家國內上市的光伏製造企業。我國最大的光伏產業在江蘇省，約占全國光伏產業的70%。
