全球碲化鎘薄膜太陽能電池產業發展深度剖析

北極星太陽能光伏網訊:晶體矽和薄膜太陽能電池是現在乃至未來十年的兩大主要技術陣營，晶體矽太陽能電池以高轉化效率在過去和現在都主導著全球光伏市場。2011年以來，全球光伏產業在經歷高速發展後，帶來的是產能嚴重過剩，多晶矽價格暴跌，大批晶矽太陽能電池企業破產、重組或裁員。在上述背景下，高效而廉價的碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池因其本身所固有的良好材料性能和自身實踐，而被越來越多的投資者所關注，有可能成為未來光伏電池的主流產品之一。

一、碲化鎘薄膜太陽能電池概況

一般而言，基於光吸收層材料體系的不同，薄膜太陽能電池主要分為矽基薄膜太陽能電池(如，非晶矽、微晶矽及多晶矽薄膜電池等)、化合物薄膜太陽電池(如，碲化鎘、銅銦鎵硒及砷化鎵薄膜電池等)、有機和染料敏化太陽能電池三類。其中，碲化鎘薄膜電池是一種以P型碲化鎘(CdTe)和N型硫化鎘(CdS)的異質結為基礎的太陽能電池[1]。碲化鎘為Ⅱ-Ⅳ族化合物，是直接帶隙半導體，光吸收強，其禁帶寬度與地面太陽光譜有很好的匹配，最適合於光電能量轉換，可吸收95%以上的太陽光，是一種良好的太陽能電池材料[2]。在各類薄膜光伏電池中，矽基薄膜光伏電池的轉換效率最低，且存在光致衰減的固有缺陷，加之生產設備投資大，因此其成本短時間內難有明顯下降;儘管銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池的轉換效率最高，但是其發展受困於生產成本較高、工藝未標準化、銦和鎵的蘊藏量有限等問題;而碲化鎘(CdTe)薄膜光伏電池由於生產成本低、性能穩定，轉換效率也比矽基薄膜電池高，其規模化量產具有很高的性價比。因此，碲化鎘薄膜電池得到了較快發展。具體來看，碲化鎘薄膜電池主要有以下幾方面優點。

一是製造成本低。與其他太陽能電池相比，碲化鎘薄膜電池具有較低的製造成本，這主要是由其電池結構、原材料及製造工藝等方面決定的。首先，碲化鎘薄膜電池是在玻璃或是其它柔性襯底上依次沉積多層薄膜而形成的光伏器件。與其他太陽能電池相比，碲化鎘薄膜太陽能電池結構比較簡單，一般而言，其電池由五層結構組成，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(見圖1)。碲化鎘薄膜電池的簡單結構大大縮短了生產時間，使製造成本明顯下降。據美國FirstSolar公司數據顯示，碲化鎘薄膜太陽能電池組件(從玻璃襯底的安裝到電池組件出貨)的全流程生產時間小於2.5小時。其次，碲化鎘的吸收係數在可見光範圍高達105/cm(高於矽材料100倍)，太陽光中有99%的能量高於碲化鎘禁帶寬度的光子可在2mm(微米)厚的吸收層內被吸收，因此碲化鎘薄膜太陽能電池理論上吸收層厚度在幾個微米左右，原材料消耗極少，因而碲化鎘電池製造成本較低。最後，碲化鎘屬於簡單的二元化合物系統，容易生產單相材料，製備方法容易實施，有效降低了製造成本。目前已有10種以上的技術可製備轉換效率10%以上的碲化鎘小面積電池，其中已有5種技術用於產業化生產。特別是近距離升華(CSS)和氣相輸運沉積(VTD)技術，具備沉積速率高(3-10mm/min)、膜質好、晶粒大、原材料利用率高(>85%)等優點，特別適合大規模生產。

圖1碲化鎘薄膜太陽能電池結構示意圖

資料來源：FirstSolar公司。

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