发展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题
6页1、开展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题2021.4 碲化镉薄膜太阳能电池的开展日益受到重视。碲资源、电池本钱、电池生产和使用对环境的影响等问题是碲化镉薄膜太阳能电池开展中受到很多人关注的问题。本文对此进行了分析讨论,最后分析了工业化规模生产碲化镉薄膜太阳能电池组件的关键技术。引言 碲化镉薄膜太阳能电池的开展受到国内外的关注,其小面积电池的转换效率已经到达了16.5%,商业组件的转换效率约9%,组件的最高转换效率到达11%。国内四川大学制备出转换效率为13.38%的小面积单元太阳能电池,54cm2集成组件转换效率到达7,正在进行0.1组件生产线的建设和大面积电池生产技术的研发。本钱估算 考虑电池的结构为玻璃/SnO2:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni,碲化镉薄膜的厚度为5微米,转换效率为7%,1MW碲化镉薄膜太阳能电池所消耗的材料的本钱如下表所示。碲化镉薄膜太阳能电池的材料本钱 可见,碲化镉和透明导电玻璃构成材料本钱的主体,分别占到消耗材料总本钱的45.4%和38.2%。 消耗材料的本钱还可以进一步降低,如将碲化镉薄膜的厚度减薄1微米,那么碲化镉材料的消耗将降低20%
2、,从而使材料总本钱降低9.1%,即从每峰瓦6.21元降为5.64元。如使用99.999%纯度的碲化镉,效率依然能到达7%,材料本钱还将进一步降低。因此,材料本钱到达或低于每峰瓦5元人民币是可能的。 考虑工资、管理、电力和设备折旧等其他本钱,碲化镉薄膜太阳能电池的本钱大约是每峰瓦13.64元人民币或更低。因此,即使销售价格为每峰瓦2022元人民币,约为晶体硅太阳能电池现在价格的60%,也能保证制造商有相当的利润空间。 由于碲化镉薄膜太阳能电池本钱低,其开展对于解决我国西部地区分散居住人口的电力供给具有重要意义。碲资源 碲是地球上的稀有元素,开展碲化镉薄膜太阳能电池面临的首要问题就是地球上碲的储藏量是否能满足碲化镉太阳能电池组件的工业化规模生产及应用。工业上,碲主要是从电解铜或冶炼锌的废料中回收得到。据相关报道,地球上有碲14.9万吨,其中中国有2.2万吨,美国有2.5万吨。 在美国碲化镉薄膜太阳能电池制造商First Solar年产量25MW的工厂中,300340公斤碲化镉即可以满足1MW太阳能电池的生产需要。考虑到碲的密度为6.25g/cm3,镉的密度为8.64g/cm3,那么1301
3、40公斤碲即可以满足1MW碲化镉薄膜太阳能电池的生产需要。 由以上数据可以知道,按现已探明储量,地球上的碲资源可以供100个年生产能力为100MW的生产线用100年。环境影响 由于碲化镉薄膜太阳能电池含有重金属元素镉,使很多人担忧碲化镉太阳能电池的生产和使用对环境的影响。多年来,一些公司和专家不愿步入碲化镉太阳能电池的开发和生产。那么,碲化镉薄膜太阳能电池的生产和使用中镉的排放究竟有多严重呢? 为此,美国布鲁克文国家实验室的科学家们专门研究了这个问题。他们系统研究了晶体硅太阳能电池、碲化镉太阳能电池与煤、石油、天然气等常规能源和核能的单位发电量的重金属排放量。在太阳能电池的分析中,考虑了将原始矿石加工得到制备太阳能电池所需材料、太阳能电池制备、太阳能电池的使用等全寿命周期过程。研究结果说明见图1,石油的镉排放量是最高的,到达44.3g /GWh,媒次之,为3.7g /GWh。而太阳能电池的排放量均小于1g /GWh,其中又以碲化镉的镉排放量最低,为0.3 g / GWh。与天然气相同,硅太阳能电池的镉排放量大约是碲化镉太阳能电池的两倍。图1 太阳能电池组件与其他能源的镉排放量的比拟图
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