引言
碲化鎘薄膜太陽能電池的發展受到國內外的關注,其小面積電池的轉換效率已經達到了16.5%,商業組件的轉換效率約9%,組件的最高轉換效率達到11%。國內四川大學制備出轉換效率為13.38%的小面積單元太陽能電池,54cm2集成組件轉換效率達到7%,正在進行0.1┫組件生產線的建設和大面積電池生產技術的研發。
考慮電池的結構為玻璃/SnO2:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni,碲化鎘薄膜的厚度為5微米,轉換效率為7%,1MW碲化鎘薄膜太陽能電池所消耗的材料的成本如下表所示。
碲化鎘薄膜太陽能電池的材料成本
可見,碲化鎘和透明導電玻璃構成材料成本的主體,分別占到消耗材料總成本的45.4%和38.2%。
消耗材料的成本還可以進一步降低,如將碲化鎘薄膜的厚度減薄1微米,則碲化鎘材料的消耗將降低20%,從而使材料總成本降低9.1%,即從每峰瓦6.21元降為5.64元。如使用99.999%純度的碲化鎘,效率依然能達到7%,材料成本還將進一步降低。因此,材料成本達到或低于每峰瓦5元人民幣是可能的。
考慮工資、管理、電力和設備折舊等其他成本,碲化鎘薄膜太陽能電池的成本大約是每峰瓦13.64元人民幣或更低。因此,即使銷售價格為每峰瓦20~22元人民幣,約為晶體硅太陽能電池現在價格的60%,也能保證制造商有相當的利潤空間。
由于碲化鎘薄膜太陽能電池成本低,其發展對于解決我國西部地區分散居住人口的電力供應具有重要意義。
碲資源
碲是地球上的稀有元素,發展碲化鎘薄膜太陽能電池面臨的首要問題就是地球上碲的儲藏量是否能滿足碲化鎘太陽能電池組件的工業化規模生產及應用。工業上,碲主要是從電解銅或冶煉鋅的廢料中回收得到。據相關報道,地球上有碲14.9萬噸,其中中國有2.2萬噸,美國有2.5萬噸。
在美國碲化鎘薄膜太陽能電池制造商First Solar年產量25MW的工廠中,300~340公斤碲化鎘即可以滿足1MW太陽能電池的生產需要??紤]到碲的密度為6.25g/cm3,鎘的密度為8.64g/cm3,則130~140公斤碲即可以滿足1MW碲化鎘薄膜太陽能電池的生產需要。
由以上數據可以知道,按現已探明儲量,地球上的碲資源可以供100個年生產能力為100MW的生產線用100年。
環境影響
由于碲化鎘薄膜太陽能電池含有重金屬元素鎘,使很多人擔心碲化鎘太陽能電池的生產和使用對環境的影響。多年來,一些公司和專家不愿步入碲化鎘太陽能電池的開發和生產。那么,碲化鎘薄膜太陽能電池的生產和使用中鎘的排放究竟有多嚴重呢?
為此,美國布魯克文國家實驗室的科學家們專門研究了這個問題。他們系統研究了晶體硅太陽能電池、碲化鎘太陽能電池與煤、石油、天然氣等常規能源和核能的單位發電量的重金屬排放量。在太陽能電池的分析中,考慮了將原始礦石加工得到制備太陽能電池所需材料、太陽能電池制備、太陽能電池的使用等全壽命周期過程。研究結果表明(見圖1),石油的鎘排放量是最高的,達到44.3g/GWh,媒次之,為3.7g /GWh。而太陽能電池的排放量均小于1g /GWh,其中又以碲化鎘的鎘排放量最低,為0.3 g /GWh。與天然氣相同,硅太陽能電池的鎘排放量大約是碲化鎘太陽能電池的兩倍。
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本文標題: (一)發展碲化鎘薄膜太陽電池的幾個關鍵問題
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