碲化镉发电玻璃：光伏技术的新突破

碲化镉发电玻璃：光伏技术的新突破

碲化镉发电玻璃是目前商业化最成功的薄膜光伏技术之一。它不仅光电转换效率高，而且在建筑应用中具有独特优势。本文将为您详细介绍碲化镉发电玻璃的技术原理及其在光伏领域的应用前景。

碲化镉发电玻璃的技术优势

碲化镉发电玻璃是目前商业化最成功的薄膜光伏技术。碲化镉的太阳光吸收率较硅材料高很多，一微米的碲化镉可以吸收高达99%的太阳可见光。碲化镉的带隙在1.5eV左右，这个带隙和太阳光谱匹配得非常好，其理论转换效率接近33%。目前，实验室小面积碲化镉薄膜太阳能电池最高转换效率达到22.6%，大尺寸碲化镉组件最高转换效率达到19.7%。碲化镉性质也非常稳定，熔点高到1041oC，升华温度为400oC。碲化镉不溶于水，不会通过和人体皮肤接触而进入人体，但其遇酸会溶解。

图1.碲化镉薄膜太阳能电池结构

碲化镉发电玻璃的环境优势

Peng等(Peng，2013)对历年来多个关于多种光伏发电技术的生命周期研究的研究结果进行了总结，发现所有研究者都一致认为光伏技术的生命周期碳排放比化石能源的要低一个数量级。而在五种光伏技术（单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟硫）中，碲化镉薄膜发电玻璃的碳排放最低，多篇研究论文给出的范围为14-35gCO2/kwh（图2），对环境影响最小。同时碲化镉薄膜发电玻璃具有最低的能量回收期，仅仅为0.75~2.1年（图3），因为碲化镉光伏发电技术对能源需求量较小，而转化效率相对较高。碲化镉与其它光伏发电技术在室温气体排放及能量回收期方面的比较见图2和图3。

图2.不同光伏系统发电造成的温室气体排放率分析

图3.不同光伏系统能量回收期分析

碲化镉发电玻璃的可靠性

根据Strevel（2012），美国国家可再生能源实验室（NREL）分别研究了2000年以前和这之后安装的五种光伏组件（非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、单晶硅、多晶硅）的效率衰减速度，其研究数据表明（图4），碲化镉薄膜发电玻璃实现了薄膜技术中最低的衰减率，只有0.5~0.8%年（Strevel，N，2012）。NREL针对位于美国科罗拉多州Golden的一套光伏系统长达17年的性能追踪指出碲化镉组件长期运行性能衰减率线性拟度值为-0.53%/年。在接近20年的金控管测后，NREL证实了碲化镉薄膜发电玻璃技术具有卓越的可靠性，系统运行中并未出现组件故障。

图4.NERL对不同类型光伏组件长期性能衰减的研究

碲化镉发电玻璃的温度系数优势

碲化镉薄膜发电玻璃还具有非常优秀的温度系数。碲化镉薄膜发电玻璃高温下性能优于传统的晶体硅太阳能组件和铜铟镓硒薄膜发电玻璃，因为碲化镉半导体材料具有较低温度系数，通常晶体硅太阳能组件的温度系数为-0.450.5%/℃，铜铟镓硒薄膜发电玻璃的温度系数为-0.350.45%/℃，碲化镉薄膜发电玻璃的温度系数为-0.25%/℃，这意味着相对于晶体硅光伏组件和铜铟镓硒薄膜发电玻璃，同样标称功率的碲化镉薄膜发电玻璃由于温度上升造成的性能损耗降低了一半。图5a是分别安装碲化镉薄膜发电玻璃和多晶硅组件（mc-Si）组件的两个光伏电站的直流发电量比较，说明当组件温度上升到25℃以上（图5b），碲化镉太阳能组件性能优势逐渐明显。一个大型系统集成商对意大利南部（Strevel，N，2012）的两种相同功率的光伏电站进行了比较，结果显示碲化镉光伏系统年度发电量比多晶硅高5.7%。

图5.a.不同温度条件下碲化镉组件和多晶硅组件直流发电量对比图5.b.碲化镉在沙漠地区组件全年发电量产生时的温度分布图（Strevel，N，2012）

应用前景

总体来说，碲化镉薄膜发电玻璃发电性能高，生产成本低，是一种非常适合应用在建筑上的产品，值得大力推广和应用。镉伴生于铜、锌矿中，是铜锌采炼的副产品严重污染环境。碲化镉薄膜发电玻璃，将镉安全封装在玻璃里面，是一种有效减少镉对大自然的污染的绿色应用方式。太阳能电池技术国际研讨会的专家一致认为，碲化镉是一种上天恩赐给人类的清洁能源材料，既具有优良的光电转化效率和地面光伏应用所需的诸多优点，又适合大规模工业生产。对中国来说，能够为解决传统冶炼产业造成的重金属副产品处置问题提供高附加值的技术解决路径。