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            一文讀懂碲化鎘發電玻璃

            發布時間:2022-10-06 瀏覽量:2709 來源:光伏智庫
            綠色低碳是我國“十四五”期間重要發展目標,而光伏發電則是實現這一目標的主力軍。在光伏行業快速發展的過程中,除了晶體硅電池備受關注之外,以碲化鎘為吸收層的薄膜電池同樣受到業界聚焦。
             
            碲化鎘
             
            碲化鎘(CdTe)是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料,形狀呈黑色晶體顆?;蚍勰?,熔點達1092℃,相對分子量240,晶體結構為閃鋅礦型,具有直接躍遷型能帶結構。其晶格常數為0.6481nm,禁帶寬度為1.45eV,室溫電子遷移率為1050 c㎡/(Vs),室溫空穴遷移率為80 c㎡/(Vs)。碲化鎘化學鍵的鍵能高達5.7eV,是鎘元素在自然界中最穩定的化合態之一。因此,碲化鎘在常溫下化學性質穩定,且不溶于水、弱酸,在工業生產和使用過程中比較安全。
             
            值得一提的是,碲化鎘太陽電池的光譜響應與地面太陽光譜分布非常匹配,實際發電能力強。
             
            碲化鎘性能

            碲化鎘性能穩定,光能吸收系數高,通過摻入不同雜質能獲取N型或P型半導體材料,可用于核輻射探測器(醫學用)、紅外電光調制器、紅外探測器、紅外透鏡和窗口等器件制造。在光伏領域,碲化鎘被視為制備大尺寸太陽能薄膜電池的關鍵原材料。僅僅2μm(微米)厚度的碲化鎘薄膜,在標準AM1.5條件下光學吸收率超過90%,最高理論轉換效率高達33%,因此太陽能成為碲化鎘最大的應用領域。通常情況下,光伏行業需要用到5N純度的碲化鎘。
             
            與其它太陽能電池相比,碲化鎘薄膜太陽能電池結構比較簡單;一般而言,傳統結構由五層組成,即玻璃襯底、透明導電氧化層(TCO層)、硫化鎘(CdS)窗口層、碲化鎘(CdTe)吸收層、背接觸層和背電極,如下圖所示。
             
            碲化鎘薄膜太陽能電池的傳統結構
            ▲ 碲化鎘薄膜太陽能電池的傳統結構
             
            光伏組件是光伏發電系統的核心組成部分,薄膜電池現已發展出包括碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)、砷化鎵(GaAs)、非晶硅薄膜、有機薄膜、鈣鈦礦等多種技術路線,碲化鎘是目前為止市占率最高的薄膜組件,在薄膜組件中占比超過95%。
             
            碲化鎘薄膜太陽電池特點可總結為:
             
            1、碲化鎘的禁帶寬度為1.45eV,是與地面太陽能光譜最匹配的太陽電池吸收層材料;
             
            2、碲化鎘是直接帶隙材料,吸收系數> 105/cm,吸收系數高,是硅材料的100倍;
             
            3、溫度系數低:碲化鎘禁帶寬度高于晶硅,溫度系數約為晶硅的一半,夏季組件的溫度可超過65℃,由于溫度升高造成的功率損失碲化鎘組件要比晶硅組件少10%左右;
             
            4、熱斑效應?。喉诨k薄膜組件是長條子電池設計,減少了熱斑效應,在提高發電能力的同時,改善了產品壽命和安全性;
             
            5、色彩均勻,美觀大方:大面積碲化鎘光伏組件色彩均勻,美觀,整體感強,特別適合于對美觀要求較高的建筑;
             
            6、發電效率高:碲化鎘電池理論極限轉化效率32%-33%;目前小面積電池光電轉換效率世界記錄為22.1%, 組件效率19%,并且還有較大的提升空間;
             
            7、定制化程度高:可根據不同需求靈活定制顏色、圖案、形狀、尺寸、透光度等,逐步實現在建筑應用中用光伏發電建材替代傳統建材的宏偉目標。
             
            隨著國內建筑節能的政策體系逐步完善,政府對建筑節能的重視程度明顯提升。若要實現雙碳目標,離不開光伏建筑一體化(BIPV)這個重要路徑。2020年,我國住建部等7部委發布綠色建筑相關行動方案,方案以2022年新建綠色建筑占比70%為目標,要求引導政府投資工程率先采用綠色建材。通過碲化鎘薄膜電池技術制備的碲化鎘發電玻璃建材,正是新一代綠色建筑材料。
             
            相比于晶硅組件,碲化鎘薄膜組件具有吸收系數高、熱斑效應小、弱光效應好、美觀度高、可定制性強等特點,可以靈活應用用于建筑屋頂、幕墻等多種建筑結構上,并最大限度利用建筑的表面增加有效發電面積,滿足多角度建筑發電需求,最終從源頭上減少建筑碳排放。在利好政策推動下,未來碲化鎘薄膜光伏組件的需求還將進一步擴大。

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