碲化镉薄膜太阳能电池及其溅射制备

　3上海海事大学青年骨干教师培养项目(No.025063)

　张榕:通信作者　Tel :021*********　E 2mail :rongzhang @https://www.360docs.net/doc/ad9414036.html,

碲化镉薄膜太阳能电池及其溅射制备3

张　榕1,周海平2,陈　红3

(1　上海海事大学基础科学部,上海200135;2　四川师范大学物理与电子工程学院,成都610066;

3　上海交通大学物理系凝聚态光谱与光电子物理实验室,上海200030)

摘要简单综述了化合物半导体碲化镉太阳能电池的发展历史、基本结构和核心问题,在此基础上重点总结了

用溅射法制备的多晶碲化镉薄膜太阳能电池的优缺点、面临问题、发展现状,展望了它的发展趋势,并讨论了用溅射法制备渐变带隙碲化镉薄膜太阳能电池以提高转化效率的可能性。

关键词

碲化镉　薄膜太阳能电池　溅射法中图分类号:TM914.42

An Overvie w of CdT e Thin Film Solar Cells and R elevant Sputtering F abrication

ZHAN G Rong 1,ZHOU Haiping 2,C H EN Hong 3

(1　Basic Science Department ,Shanghai Maritime University ,Shanghai 200135;2　Department of Physics and Electronic Engineering ,

Sichuan Normal University ,Chengdu 610066;3　Laboratory of Condensed Matter Spectroscopy and Opto 2electronic Physics ,

Department of Physics ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030)

Abstract This article firstly gives a brief overview to the development history ,basic structures and critical is 2

sues of compound semiconductor Cd Te 2based solar cells ,then sheds light on the advatages and disadvantages ,current status ,and trend of development of the sputtered polycrystalline Cd Te thin film solar cells.Finally ,it also discusses the possibility to fabricate graded 2bandgap Cd Te solar cells by using the sputtering method

K ey w ords Cd Te ,thin film solar cells ,sputtering

0　引言

随着当今世界人口和经济的增长、能源资源的日益匮乏、环境的日益恶化以及人们对电能的需求量越来越大,太阳能的开发和利用已经在全球范围内掀起了热潮。这非常有利于生态环境的可持续发展,造福子孙后代,因此世界各国竞相投资研究开发太阳能电池。

太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件。早在1839年,科学家们已经开始研究光生伏特效应,到20世纪40年代中期,太阳能电池的研制取得了重大突破,在单晶硅中发现了称之为Czochralski 的过程。1954年,美国贝尔实验室根据这个Czochralski 的过程成功研制了世界上第一块太阳能电池,能量转换效率达到4%。太阳能电池的问世,标志着太阳能开始借助人工器件直接转换为电能,这是世界能源业界的一次新的飞跃。

太阳能电池种类繁多,包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体电池和叠层太阳能电池等。

硅材料是目前太阳能电池材料(即光伏材料)的主流,这不仅因为硅在地壳中含量丰富,而且用它制成的电池转化效率相对较高。单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率接近25%,而规模生产的单晶硅太阳能电池,其效率为15%。但是单晶硅太阳能电池制作工艺繁琐,且单晶硅成本价格居高不下,大幅降低成本非常困难,无法实现太阳能发电的大规模普及。

随着新材料的不断开发和相关技术的发展,以其他材料为基础的太阳能电池愈来愈显示出诱人的前景。目前国际低成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、碲化镉(Cd Te )、铜铟硒(CuInSe 2)太阳能电池,Ⅲ2Ⅴ族化合物半导体高效太阳能电池,非晶硅及结晶硅混合型薄膜太阳能电池等方面。与单晶硅太阳能电池相比,除多晶硅、砷化镓、铜铟硒、碲化镉等外,其他材料的电池光电转化效率普遍未超过15%。尽管如此,硅材料仍不是最理想的光伏材料,这主要是因为硅是间接带隙半导体材料,其光学吸收系数较低,所以研究其他光伏材料成为当前的一种趋势。其中,Cd Te 和CuInSe 2被认为是两种非常有应用前景的光伏材料,目前已经取得一定的进展,但是要将它们大规模生产并与晶体硅太阳能电池抗衡还需要投入大量的人力物力进行研发。

Cd Te 是一种化合物半导体,在太阳能电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为1.45eV [1],最适合于光电能量转换,

因此使得约2

μm 厚的Cd Te 吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到90%成为可能,允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达27%[2]。Cd Te 容易沉积成大面积的薄膜,沉积速率也高。因此,Cd Te 薄膜太阳能电池的制造成本较低,是应用前景较好的一种新型太阳能电池,已成为美、德、日、意等国研发的主要对象。目前,已获得的最高效率为16.5%(1cm 2),电池模块效率达到11%(0.94m 2)[2～4]。然而,人们当前对Cd Te 太阳能电池的特点和发展趋势认识很零散,没有一个系统的、整体的了解。此外,人们对用溅射法制备的多晶碲化

镉薄膜太阳能电池的研究现状知之甚少。

本文考查了目前Cd Te薄膜太阳能电池的有关文献,归纳介绍了它的发展历史、基本结构以及核心问题;以及用溅射法制备该类电池的优缺点和面临的问题,展望了其发展趋势。另外,优化设计渐变带隙的薄膜太阳能电池有利于提高转化效率。本文也简要讨论了用溅射法制备渐变带隙碲化镉薄膜太阳能电池以提高转化效率的可能性。

1　碲化镉太阳能电池的发展历史、基本结构和核心问题

早在20世纪50年代中期,Jenny和Bube以及Kroger和Nobel就对碲化镉单晶体电子能带特性进行了阐述;而后在1959年,Nobel确定了Cd2Te相平衡、缺陷和Cd Te半导体性质之间的关系,这一关系后来又被其他的研究组进一步的完善。基于n型Cd Te单晶和多晶膜太阳能电池在20世纪60年代早期被制备出来,它们是用Cd Te膜表面和铜酸盐溶液反应来形成Cd Te/Cu2Te异质结。20世纪60年代中期,首次制成了基于p型Cd Te单晶和蒸镀而成的n型CdS膜的光伏电池,并且在70年代中期取得了中等大小的转化效率;那时,用单晶Cd Te制成的电池效率约10%,而制成的全多晶薄膜Cd Te/CdS 电池的效率则更高。在这段时期,Bonnet在1972年也提出了Cd Te/CdS电池一些需要解决的基本问题如掺杂效率、突变结和缓变结、活性或非活性晶界以及低阻电极等。到80年代早期,人们已经用各种制备方法制成了转化效率接近或超过10%上层配置(superstrate configuration)的Cd Te/CdS电池[5]。到2004年为止,Cd Te电池转化效率最高为16.5%,且属于上层配置型。玻璃是最常用的衬底材料,不过最近人们在努力研究发展基于聚酰亚胺(polyimide)和金属箔片的轻便型电池。基于玻璃衬底的Cd Te电池效率一般在10%～16%,依赖于制备方法的多样性。而在金属和聚酰亚胺衬底上的Cd Te轻便型电池效率分别已经达到7.8%和11%[6]。这种轻便型太阳能电池具有高的特定功率(specific power,单位是W/kg),因而具有很多潜在的用途。

Cd Te制成多晶薄膜电池的优点除了带隙(1.45eV)接近于高效率电池的理想带隙因而光学吸收性能好外,另一个优点就是制备方法多样,有原子层外延、电沉积(electro2deposition)、无电沉积、喷雾法、近距离升华法(closed2space sublimation)、化学气相沉积、热壁蒸镀、丝网印刷、电子束蒸镀、激光消融、热蒸镀、分子束外延、金属有机物化学气相沉积和溅射法。按照制备温度来分,像近距离升华法这样制备温度高于500℃的可以归为高温过程;而像电沉积、溅射法制备温度低于450℃可以归纳为低温过程[6]。所有这些生长方法中,电沉积和近距离升华法是最常用的方法,到目前为止,长在玻璃衬底上的效率最高的Cd Te电池都是由这两种方法制备而成的[7]。

与多晶薄膜Cu(In,Ga)Se2(简称CIGS)太阳能电池结构类似,目前的多晶薄膜Cd Te电池的结构大致分为两种[6]:上层配置和底层配置(substrate configuration)(如图1所示)。

通常,上层配置的Cd Te电池比底层配置的转化效率高,因而适合作低成本电池模块(modules)以及能够将整个太阳光谱用于光伏转化的高效串叠型电池(tandem solar cells)。在上层配置的电池中,Cd Te/CdS层一般长在透明导电的氧化物(TCO)覆盖的玻璃衬底上。在生长温度低于550℃时,这些玻璃可选用廉价的钙钠玻璃(soda2lime glass);在高的生长温度(550～600℃)下,可以选用无碱玻璃(alkali2f ree glass)。在Cd Te和CdS制备温度较低时,锡化铟氧化物(ITO)由于有高的光学透过率适合作前电极材料;在Cd Te和CdS制备温度较高时,氧化锡是最好的前电极材料,因为它本身的制备温度需要450～550℃[8]。由于CdS带隙不是足够宽(2.4eV),在510nm 以下有明显的光学吸收;为了使光被Cd Te充分吸收,CdS层一般比较薄,约0.1μm,而CdT e层一般为2～10μm厚。背电极材料可以各种各样,

因为它们不需经历连续的高温薄膜层制备过程。

图1　CdT e电池的上层和底层两种配置的截面示意图Fig.1　Schem atic cross2section of“superstrate”and“substrate”

conf igurations for CdT e thin f ilm solar cells

在底层配置中(见图1),Cd Te长在金属箔片或者金属覆盖的玻璃衬底上。底层配置Cd Te的主要优点是衬底不必是透明的,可以是用于制备轻便电池的各种箔片如钼、不锈钢和聚酰亚胺等。该类电池中,最高效率的是长在Mo/Cu覆盖的玻璃上的,达10.3%;而长在钼箔上的效率达7.8%的轻便型电池也已经实现了[6]。

前电极需要高度透明、导电且电子亲合能小于4.5eV的TCO材料,并且与CdS形成好的欧姆接触和能带对齐。一旦TCO材料电子亲合能高于CdS,它们之间会形成起阻碍作用的Schottky接触。Cd Te电池最常用的TCO材料是掺F的SnO x (即SnO x∶F)和ITO。

缓冲层一般是CdS,高效电池的异质结一般是n2CdS/p2 Cd Te。与Cd Te类似,CdS在大多数制备条件下在稳定的化学计量相态下生长,即α2CdS,有着六方纤锌矿结构。在高压条件或者薄膜中,CdS也被发现有立方结构和闪锌矿结构。最近,也有人研究通过在反应气流中加入O2和CdCl2以及在空气和氩气中的后处理来提高CdS的晶态质量。

吸收层Cd Te在Te原子摩尔分数占50%时形成α2Cd Te 相,有着立方闪锌矿结构。在高压条件或者薄膜中,也会有立方的和六角结构的Cd Te形成。Cd Te高的液相温度是由于Cd和Te之间强的离子键造成的。这些特征使得Cd Te能够是一种沉积速度高的适合工业生产的稳健的材料。高温过程制备的Cd Te晶粒尺寸高达10μm,随后的CdCl2处理不能继续增大晶粒尺寸,但能减少结构缺陷、影响晶界,从而导致更高更有效的受主浓度。低温制备的Cd Te晶粒尺寸为0.1～0.5μm,后退火或者CdCl2处理能够使晶粒进一步生长。

背电极金属要与p2Cd Te形成欧姆接触,它的功函数需要大于5.7eV。但没有这样的金属材料(金属中最高是Pt,功函数为5.39eV),这必然会导致在背电极处形成Schottky势垒。背电极势垒高度超过0.5eV会导致电池填充因子的迅速下降[9]。为了克服这一问题,人们对Cd Te表面用化学刻蚀进行重p型掺杂或者使用高载流子浓度的缓冲层。随后的制备后退火使一些缓冲材料扩散进入Cd Te,改变其带隙和界面态。因此接触势垒降低,导致准欧姆接触。通常用作缓冲层/金属联合体的材料有Cu/Au、Cu/石墨,或者掺Hg和Cu的石墨,掺Cu的Zn Te、

Cu/Mo等;另外,无Cu的背电极有Ni∶P、Zn Te、Au/Ni、Sb2Te3/Ni等[6]。文献[10]给出了背电极对光伏电池性能影响的物理图像,并提出了制备无Cu、效率达13%、稳定性好的Cd Te太阳能电池的方案。

制备Cd Te太阳能电池的核心问题主要有:

(1)CdCl2处理[1,11～15]。该处理过程能够进一步提高Cd Te/CdS异质结电池的转化效率,原因是:①能够在Cd Te和CdS之间形成CdS1-x Te x界面层,降低了界面缺陷态的浓度,从而提高效率[13];②导致Cd Te膜的再次晶化和晶粒的长大,减少晶界缺陷[14];③热处理能够钝化缺陷、提高吸收层的载流子寿命[1]。无论Cd Te电池是何种配置,CdCl2热处理是提高电池效率不可缺少的步骤。

(2)制备与p2Cd Te层欧姆接触的高稳定性背电极。已经尝试了各种金属材料如Cu[12]、Hg、Pb和Au等,但是与这些具有较高功函数的金属材料相关的物理问题也有待进一步了解,例如它们的扩散可能会降低器件性能[16]。另外由于Cd Te有自补偿的趋势,难以p型掺杂[3],这也影响背电极与之接触。最近研究表明在Cd Te背面以图案阵列的方式蒸镀掺Cu能提高载流子从电池背面的注入,从而提高电池性能[11];在400℃扩散掺Cu也能在一定程度上提高Cd Te电池转化效率,而在电场下Cu 的扩散再分布会导致电池性能降低[17]。

2　碲化镉薄膜太阳能电池的溅射法制备溅射法属于低温制备法,该法设备投入少、易调控、产品成本低、化学稳定性好、可进行热加工。溅射法制备的Cd Te薄膜太阳能电池与一般的Cd Te薄膜太阳能电池一样,制造成本低,适合大规模生产;在质子、电子辐照下的稳定性优于硅和Ⅲ2Ⅴ族太阳能电池,从而有望用作空间电池[6]。在适宜的条件下,溅射法在较低的温度下就能制备出高质量的Ⅱ2Ⅵ族半导体薄膜,这为在轻便的聚合物衬底上制备Cd Te薄膜太阳能电池提供了机会[18]。Cd Te层、CdS层以及前电极、背电极都可以用溅射法来制备,这样一方面有利于降低成本,另一方面适合做更复杂的多层结构电池和串叠型或长在聚合物衬底上的轻便型电池等[19]。

阻碍Cd Te薄膜太阳能电池大规模生产的是材料的成本,具体讲主要是衬底材料和模板材料的成本,溅射法也不例外。此外,Te资源不充足,不能够支持极大规模生产;据统计,开发全部的Te存储量来做Cd Te电池还不到世界需求量的10%[20]。另外,溅射法制备Cd Te薄膜太阳能电池也存在Cd 的有毒性导致对人类健康的威胁和环境的污染问题,这也制约了基于Cd元素材料的太阳能电池的发展[20]。

下面列举用溅射法制备Cd Te薄膜太阳能电池的最近几年来的研究进展。

1998年,Wendt等[21]采用射频和直流激励双重作用来控制Cd Te薄膜和太阳能电池制备中的等离子体密度。通过减小射频功率和使用-70mA的直流电流使等离子体的能量和流量降低,提高电池的短路电流和开路电压,从而提高电池的转化效率。到这一年为止[21],用溅射法制备的多晶Cd Te薄膜太阳能电池的效率可达到12%。

1999年,Romeo等制备了底层配置的Cd Te薄膜电池[16],结构为钙钠玻璃/ITO/SnO2/CdS/Cd Te/Sb2Te3/Mo,其中CdS 层、前电极ITO/SnO2双层和背电极Sb2Te3均用溅射法制备,在AM1.5条件下测得的归化到1cm2面积上的参数为开路电压858mV、短路电流23mA/cm2、填充因子74%、总的转化效率14.6%。

2001年,Gupta等报道了Cd Te和CdS均用溅射法制备的CdS/Cd Te高效太阳能电池中Cd Te层厚度(0.5～3.0μm)对电池光电性能的影响,发现电池的性能参数(开路电压、短路电流和填充因子)随着Cd Te层厚度降低到1.0μm的过程中缓慢减小;厚度到1.0μm以下,这些参数迅速降低[22]。

2002年,郑毓峰等[23]采用共溅射法在ITO/玻璃基片上沉积掺Nd的Cd Te薄膜。掺Nd能改变膜的结晶特性,适当掺Nd可以促进Cd Te晶格的增长,减小膜层缺陷且并不引起晶格结构的畸变。进入膜中的Nd离子主要集中在晶界区,可以减小晶界电阻,从而改善Cd Te膜的电导性能。

2004年,Gupta和Compaan报道了用掺Al的ZnO作前电极的全部用溅射法制备上层配置的Cd Te/CdS薄膜电池,其效率高达14.0%,稳定性比用溅射法在传统的掺F的SnO2衬底上制备的Cd Te电池要差,这是由于ZnO∶Al/CdS层之间的相互扩散造成的。他们还认为在ZnO∶Al上长一层高阻的ZnO 缓冲层有望进一步提高稳定性和允许用更薄的CdS层来提高器件性能[19]。此外,他们还发现Zn Te∶N的反应溅射制备有望被用作叠层电池结构中II2V I族上层电池的透明背电极或复合结[24]。

2004年,G odines等[25]分别用离子溅射法和脉冲激光消融法制备Au2Cu/Cd Te/CdS/SnO2∶F/glass电池,发现离子溅射法中CdS和Cd Te层间的相互扩散,以及欧姆电极的金属扩散都要比脉冲激光消融法中的显著。通过原子力显微镜分析表征得出这些现象均与离子溅射法制备的薄膜具有更大表面粗糙程度有关。

溅射法制备Cd Te太阳能电池发展所面临解决的问题是:

(1)Cd Te溅射制备过程中高能量的离子轰击会产生较多电活性的缺陷,降低电池效率,通常溅射法制备的电池效率比近距离升华法低得多[21]。因此优化设计、操纵和控制Cd Te膜的溅射制备非常必要。

(2)有效地分析监控薄膜的生长以及弄清楚Cd Te膜的基本性质(包括掺杂)和模块电池性能之间的关系。

(3)保持材料的均匀性和大面积电池性能的均匀性,涉及到Cd Te和CdS层间扩散以及背电极等。控制Ⅱ2Ⅵ半导体层的表面粗糙程度以避免层间互扩散,以及由于金属的扩散导致低旁路电阻的问题[25]。

溅射法制备Cd Te太阳能电池的发展趋势是:

(1)改变传统电池的结构,以进一步提高器件性能和转化效率,例如发展多结电池以提高电池效率。

(2)优化设计更复杂的多层结构即渐变带隙的吸收层,以增大太阳光谱吸收率,提高效率。

(3)TCO前电极对异质结界面性质有直接影响,因此利用新型的TCO材料有望提高转化效率和串叠型电池的可靠性。

(4)引入C60缓冲层到Cd Te/聚合物杂化电池,能提高电池的光照稳定性[26]。

(5)优化和选用新型背电极材料来进一步降低吸收层的厚度,高效的Cd Te电池制备背电极需要化学刻蚀过程,不适合工业生产,因此发展干处理过程(dry process)也是一种趋势。

(6)采用纳米结构的Cd Te,如Cd Te纳米棒,能进一步提高Cd Te/聚合物杂化电池的效率[27]。

(7)采用反型异质结类似n2Cd Te/p2金刚石电池取代传统的p2Cd Te/n2CdS异质结电池,克服p2Cd Te面临的背电极接触

问题和污染物导致的不稳定性问题[28]。

(8)Cd Te/聚合物杂化电池能降低成本[27];利用轻便型金属或者聚合物箔片作衬底以适合大规模生产,甚至扩大电池应用到空间领域[6]。

最后值得指出的是,溅射法制备渐变带隙Cd Te薄膜太阳能电池是可能的,一个重要原因是溅射法能够实现对Ⅱ2Ⅵ族膜掺杂[24],掺杂易与Cd Te混晶的元素(如Ⅱ2Ⅵ族元素,简记为Y),从而调控Cd Y1-x Te x合金的带隙,这同时依赖于对材料性质和生长条件的关系有更深的研究和掌握。当然,制备渐变带隙Cd Te薄膜必然会增大制造过程的复杂性和增加成本;但是溅射法利于降低成本和实现大规模生产的优点可以起到一定的补偿作用,以及Cd Te电池转化效率进一步的提高使得制备渐变带隙Cd Te薄膜太阳能电池具有潜在的应用前景。

3　结束语

本文通过考查目前所有相关文献,回顾了碲化镉太阳能电池的发展历史、基本结构和核心问题,进一步总结了用溅射法制备多晶碲化镉薄膜电池的优缺点、面临问题、发展现状和趋势。由于溅射法制备的碲化镉薄膜电池效率通常比近距离升华法要低得多,人们对溅射法制备研究普遍较少。考查发现国内对溅射法制备碲化镉薄膜电池的研究比国外更少。这主要归因于人们还没有达到如同其他生长方法一样对碲化镉溅射制备的各生长条件进行更好的优化调控,但溅射法制备渐变带隙碲化镉薄膜太阳能电池是可能的。

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(责任编辑　周真真)

【CN109830561A】一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910125234.1 (22)申请日 2019.02.20 (71)申请人成都中建材光电材料有限公司地址 610000 四川省成都市双流区西航港街道空港二路558号 (72)发明人彭寿　马立云　潘锦功　傅干华　邬小凤　 (74)专利代理机构成都市集智汇华知识产权代理事务所(普通合伙) 51237 代理人李华　温黎娟 (51)Int.Cl. H01L 31/073(2012.01) H01L 31/0445(2014.01) H01L 31/0216(2014.01) H01L 31/18(2006.01) C23C 14/35(2006.01)C23C 14/06(2006.01) (54)发明名称一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法，碲化镉薄膜太阳能电池组件包括从下到上依次设置的衬底玻璃层、TCO薄膜层、CdS薄膜层、CdTe薄膜层、扩散阻挡层、Mo电极层、背板玻璃层；所述扩散阻挡层为TiN层。采用TiN薄膜代替Cu作背电极缓冲层，由于TiN的功函数在4.7eV，并且通过调节Ti与N的配比还可以深化功函数，从而可以降低金属背电极与碲化镉薄膜的肖特基势垒，优化两者之间的接触，并且TiN 层具有很好的稳定性，对玻璃中的Na扩散具有阻挡作用，从而使得碲化镉薄膜电池中碱金属Na的扩散可控，并且不会像铜掺杂那样后期向碲化镉与硫化镉界面扩散，破坏了p -n结特性，出现效率大幅度衰减，从而延长了使用寿命。权利要求书1页说明书4页附图2页CN 109830561 A 2019.05.31 C N 109830561 A

发展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题9页

碲化镉薄膜太阳能电池的材料成本可见，碲化镉和透明导电玻璃构成材料成本的主体，分别占到消耗材料总成本的45.4%和38.2%。消耗材料的成本还可以进一步降低，如将碲化镉薄膜的厚度减薄1微米，则碲化镉材料的消耗将降低20%，从而使材料总成本降低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，效率依然能达到7%，材料成本还将进一步降低。因此，材料成本达到或低于每峰瓦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成本，碲化镉薄膜太阳能电池的成本大约是每峰瓦13.64元人民币或更低。因此，即使销售价格为每峰瓦20~22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。

碲化镉太阳能电池资料

砷化镓太阳能电池历史版本为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。GaAs 属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30％，特别适合做高温聚光太阳电池。砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V 比率、总流量等诸多参数的影响。 GaAs（砷化镓）光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5％（一般在19.5％左右），产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，用MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降低成本很有希望的方法。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓、多晶砷化镓、镓铝砷--砷化镓异质结、金属--半导体砷化镓、金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法、直接拉制法、气相生长法、液相外延法等。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受到影响。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发。1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs 太阳能电池转换效率为24.2％，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7％。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb,所得到的电池效率达到31.1％。铜铟硒CuInSe2简称CIC。CIS材料的能降为1.leV，适于太阳光的光电转换,另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。CIS 薄膜电池从80年代最初8％的转换效率发展到目前的15％左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15.3％（面积1cm2）。1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17.l％的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20％，相当于多晶硅太阳能电池。CIS 作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。

(发展战略)发展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题

发展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题 2009.4 ?碲化镉薄膜太阳能电池的发展日益受到重视。碲资源、电池成本、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发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发展受到国内外的关注，其小面积电池的转换效率已经达到了16.5%，商业组件的转换效率约9%，组件的最高转换效率达到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集成组件转换效率达到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。成本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成本如下表所示。碲化镉薄膜太阳能电池的材料成本可见，碲化镉和透明导电玻璃构成材料成本的主体，分别占到消耗材料总成本的45.4%和38.2%。消耗材料的成本还可以进一步降低，如将碲化镉薄膜的厚度减薄1微米，则碲化镉材料的消耗将降低20%，从而使材料总成本降低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，效率依然能达到7%，材料成本还将进一步降低。因此，材料成本达到或低于每峰瓦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成本，碲化镉薄膜太阳能电池的成本大约是每峰瓦13.64元人民币或更低。因此，即使销售价格为每峰瓦20~22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成本低，其发展对于解决我国西部地区分散居住人口的电力供应具有重要意义。碲资源碲是地球上的稀有元素，发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，300~340 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，则130~140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，使很多人担心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。研究结果表明（见图1），石油的镉排放量是最高的，达到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。

碲化镉太阳能电池

碲化镉来自维基百科，自由百科全书（重定向碲化镉）碲化镉（CdTe）是一种结晶化合物，由镉和碲形成。它被用来作为红外光学窗口和太阳能电池材料。它通常是夹着硫化镉形成一个P-N结的光伏太阳能电池。通常情况下，CdTe电池使用N-I-P结构。内容 1应用 2物理性质 2.1热性能 2.2光学和电子特性 3化学性质 4毒性 5可利用性 6参见 7参考 8外部链接 1应用另见：碲化镉光伏特性在制造薄膜太阳能电池中碲化镉是一个非常有用的材料。碲化镉薄膜电池是一个符合成本效益的太阳能电池设计，并且理论最高效率比硅电池的高。由于碲化镉太阳能电池的吸收谱峰值接近太阳发射光谱峰值，所以其理论最高效率比较高。此外，CdTe电池在高温条件下的使用效果比硅电池更好。碲化镉可以与汞形成合金，此合金是一种多功能红外探测器材料（碲镉汞）。碲化镉掺杂少量锌的合金，可以制成一个很好的固态X射线和伽玛射线探测器（碲锌镉）。碲化镉被用来作为红外，如光学窗口和镜头，但由于它具有毒性，所以限制了它的应用。红外光学材料早期使用的型号是销售商标名称为CdTe Irtran – 6的产品，但是现在它已经过时了。碲化镉也用于制作电光调制器。在II - VI族化合物晶体的线性电光效应中具有较大的电光系数（R41 = R52 = R63 = 6.8 × 10-12 m / V）。掺氯的碲化镉被用来制作X射线，γ射线，β粒子和α粒子辐射的探测器。碲化镉可以在室温下工作，因此可以制作成紧凑型核光谱学探测器。【1】用碲化镉制成的伽马射线和X射线探测器具有较高的性能，如高的原子数，大的能隙和高电子迁移率?1100 cm2/ V · s，使其具有较高的μτ（移动寿命），因此其具有高的电荷收集系数和良好的光谱分辨率。

碲化镉薄膜太阳能电池

碲化镉薄膜太阳能电池 SMM7月8日讯：“碲化镉薄膜太阳能电池能否腾飞？答案是肯定的。”这是中国海洋大学地质学教授、博士生导师曹志敏在7月8日举行的2010年全球稀有金属发展论坛上提出的观点。光伏产业发展与太阳能电池的发展情况是本次论坛的一个重要议题。太阳能电池包括传统的晶体硅太阳能电池和多元化合物薄膜太阳能电池等部分。而多元化合物薄膜太阳能电池主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。碲化镉市场份额提升，铜铟镓硒不变，晶体硅减少当今全球光伏市场是以晶体硅太阳电池为主，约占90％以上。但是晶体硅电池生产材料成本高和高能耗，在能源价格不断上涨的趋势下，依靠规模效益降低成本基本没有多少空间。另外最近国家关于产能过剩和清洁生产的政策也使得发展低成本、新型薄膜太阳电池成为未来国际光伏产业的必然趋势。铜铟硒（简称CIS或CIGS）薄膜太阳电池以其成本低、性能稳定、抗辐射能力强、光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳电池转换效率，成本却是其1/3，被国际上称为下一时代最有前途的廉价太阳电池之一。但是铜铟硒薄膜太阳电池也有其缺点，比如技术多样，无标准工艺方法；工艺复杂，沉积速度慢等。虽然能源行业业内人士多数一致认为：在近期未来，硅类太阳能电池将和铜铟镓硒薄膜太阳能电池共同主导市场。碲化镉太阳能电池已经连续风光了5年，应会停止持续增长的趋势，市场的预期也应降低。但是曹志敏教授却持不同观点，他认为未来碲化镉太阳能电池将大有可为，会有属于自己的领地。未来太阳能电池的发展趋势为碲化镉太阳能电池份额将提高、铜铟镓硒薄膜太阳能电池份额保持不变，而晶体硅太阳能电池将减少。

发展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题

发展碲化镉薄膜太阳能电池的几个关键问题２0０9.4 ?碲化镉薄膜太阳能电池的发展日益受到重视。碲资源、电池成本、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发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发展受到国内外的关注，其小面积电池的转换效率已经达到了16.5%,商业组件的转换效率约９%，组件的最高转换效率达到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集成组件转换效率达到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。成本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成本如下表所示。碲化镉薄膜太阳能电池的材料成本? 可见,碲化镉和透明导电玻璃构成材料成本的主体，分别占到消耗材料总成本的4５.4%和3８.２％。消耗材料的成本还可以进一步降低，如将碲化镉薄膜的厚度减薄1微米,则碲化镉材料的消耗将降低20%,从而使材料总成本降低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,效率依然能达到7％,材料成本还将进一步降低。因此,材料成本达到或低于每峰瓦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成本，碲化镉薄膜太阳能电池的成本大约是每峰瓦13.64元人民币或更低。因此，即使销售价格为每峰瓦２０~22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。

碲化镉薄膜太阳能电池及其溅射制备

3上海海事大学青年骨干教师培养项目(No.025063) 　张榕:通信作者　Tel :021*********　E 2mail :rongzhang @https://www.360docs.net/doc/ad9414036.html, 碲化镉薄膜太阳能电池及其溅射制备3 张　榕1,周海平2,陈　红3 (1　上海海事大学基础科学部,上海200135;2　四川师范大学物理与电子工程学院,成都610066; 3　上海交通大学物理系凝聚态光谱与光电子物理实验室,上海200030) 摘要简单综述了化合物半导体碲化镉太阳能电池的发展历史、基本结构和核心问题,在此基础上重点总结了用溅射法制备的多晶碲化镉薄膜太阳能电池的优缺点、面临问题、发展现状,展望了它的发展趋势,并讨论了用溅射法制备渐变带隙碲化镉薄膜太阳能电池以提高转化效率的可能性。关键词碲化镉　薄膜太阳能电池　溅射法中图分类号:TM914.42 An Overvie w of CdT e Thin Film Solar Cells and R elevant Sputtering F abrication ZHAN G Rong 1,ZHOU Haiping 2,C H EN Hong 3 (1　Basic Science Department ,Shanghai Maritime University ,Shanghai 200135;2　Department of Physics and Electronic Engineering , Sichuan Normal University ,Chengdu 610066;3　Laboratory of Condensed Matter Spectroscopy and Opto 2electronic Physics , Department of Physics ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030) Abstract This article firstly gives a brief overview to the development history ,basic structures and critical is 2 sues of compound semiconductor Cd Te 2based solar cells ,then sheds light on the advatages and disadvantages ,current status ,and trend of development of the sputtered polycrystalline Cd Te thin film solar cells.Finally ,it also discusses the possibility to fabricate graded 2bandgap Cd Te solar cells by using the sputtering method K ey w ords Cd Te ,thin film solar cells ,sputtering 　 0　引言随着当今世界人口和经济的增长、能源资源的日益匮乏、环境的日益恶化以及人们对电能的需求量越来越大,太阳能的开发和利用已经在全球范围内掀起了热潮。这非常有利于生态环境的可持续发展,造福子孙后代,因此世界各国竞相投资研究开发太阳能电池。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件。早在1839年,科学家们已经开始研究光生伏特效应,到20世纪40年代中期,太阳能电池的研制取得了重大突破,在单晶硅中发现了称之为Czochralski 的过程。1954年,美国贝尔实验室根据这个Czochralski 的过程成功研制了世界上第一块太阳能电池,能量转换效率达到4%。太阳能电池的问世,标志着太阳能开始借助人工器件直接转换为电能,这是世界能源业界的一次新的飞跃。太阳能电池种类繁多,包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体电池和叠层太阳能电池等。硅材料是目前太阳能电池材料(即光伏材料)的主流,这不仅因为硅在地壳中含量丰富,而且用它制成的电池转化效率相对较高。单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率接近25%,而规模生产的单晶硅太阳能电池,其效率为15%。但是单晶硅太阳能电池制作工艺繁琐,且单晶硅成本价格居高不下,大幅降低成本非常困难,无法实现太阳能发电的大规模普及。随着新材料的不断开发和相关技术的发展,以其他材料为基础的太阳能电池愈来愈显示出诱人的前景。目前国际低成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、碲化镉(Cd Te )、铜铟硒(CuInSe 2)太阳能电池,Ⅲ2Ⅴ族化合物半导体高效太阳能电池,非晶硅及结晶硅混合型薄膜太阳能电池等方面。与单晶硅太阳能电池相比,除多晶硅、砷化镓、铜铟硒、碲化镉等外,其他材料的电池光电转化效率普遍未超过15%。尽管如此,硅材料仍不是最理想的光伏材料,这主要是因为硅是间接带隙半导体材料,其光学吸收系数较低,所以研究其他光伏材料成为当前的一种趋势。其中,Cd Te 和CuInSe 2被认为是两种非常有应用前景的光伏材料,目前已经取得一定的进展,但是要将它们大规模生产并与晶体硅太阳能电池抗衡还需要投入大量的人力物力进行研发。 Cd Te 是一种化合物半导体,在太阳能电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为1.45eV [1],最适合于光电能量转换, 因此使得约2 μm 厚的Cd Te 吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到90%成为可能,允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达27%[2]。Cd Te 容易沉积成大面积的薄膜,沉积速率也高。因此,Cd Te 薄膜太阳能电池的制造成本较低,是应用前景较好的一种新型太阳能电池,已成为美、德、日、意等国研发的主要对象。目前,已获得的最高效率为16.5%(1cm 2),电池模块效率达到11%(0.94m 2)[2～4]。然而,人们当前对Cd Te 太阳能电池的特点和发展趋势认识很零散,没有一个系统的、整体的了解。此外,人们对用溅射法制备的多晶碲化

[调研报告]全球薄膜及碲化镉薄膜太阳能电池市场报告

2011-2015年全球薄膜及碲化镉薄膜太阳能电池市场深度调研及投资前景咨询报告报告目录第一章2009-2010年碲化镉薄膜太阳能电池产业概述第一节太阳能电池简述一、太阳能电池的定义二、太阳能电池的分类三、太阳能电池应用领域第二节薄膜太阳能电池简述一、薄膜太阳能电池的分类二、薄膜太阳能电池的优势三、碲化镉薄膜太阳能电池

第二章2011-2015年碲化镉薄膜太阳能电池行业经济环境分析第一节我国经济发展环境分析第二节行业相关政策、法规、标准第三节全球金融危机对中国宏观经济的影响第四节全球金融危机对薄膜太阳能电池行业的影响第五节中国金融危机对薄膜太阳能电池行业的影响第六节中国扩大内需保增长的政策解析第七节2011-2015年薄膜太阳能电池行业未来发展运行环境分析第三章2009-2010年全球碲化镉薄膜太阳能电池的发展第一节2009-2010年全球薄膜太阳能电池产业总体概况一、全球薄膜太阳能电池产业迅速发展二、2009-2010年薄膜太阳能电池发展状况三、三种薄膜太阳能电池进入规模生产四、世界薄膜太阳能电池主要厂商发展情况

五、薄膜太阳能电池企业布局六薄膜太阳能原料硅钾烷市场发展状况第二节美国一、美国西北大学提高有机薄膜太阳能电池效率二、美国成功研制新型薄膜太阳能电池模型三、MIT发现将薄膜太阳能电池转换效率提高50％的方法四、Solar World在美国投建薄膜电池厂第三节日本一、日本试制200mm的有机薄膜太阳能电池子模块二、大日本印刷和郡士将上市新型薄膜太阳能电池三、大日本网屏将与岐阜大学联合开发微结晶硅薄膜的评测技术第四节其它国家一、英国发现制造薄膜太阳能电池的新技术二、德国联邦环保署支持薄膜太阳能电池的研究

碲化镉的点缺陷

碲化镉的点缺陷摘要: 碲化镉作为化合物半导体材料，其本身可以用于- γ和X射线探测器、电阻器将、通讯设备和薄膜太阳能电池。其中，作为所谓的第三代太阳能电池，碲化镉薄膜太阳能电池已经有公司投入了产业化生产。但是，作为化合物半导体材料，点缺陷对其的影响很大，很可能引入非化学计量比，使得其性能发生改变。因此，化合物半导体的点缺陷对于其自身性能的影响十分大，要想是碲化镉真正的得到广泛的应用，就必须对其点缺陷进行全面的研究。本文简单介绍了碲化镉的本征点缺陷和外来点缺陷以及他们的相互作用。关键字：碲化镉，点缺陷，形成能前言: 碲化镉在室温具有1.46eV的禁带宽度，却其是直接带隙的半导体材料。因此，碲化镉作为太阳能电池器件的材料可以拥有高的吸收效率和能量转换效率。除此之外，碲化镉的碲和镉的相对原子序数比较大，因此碲化镉可以制作在室温下工作的- γ和X射线的探测器。因此，碲化镉是一种很有前景的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体。但是，碲化镉中经常含有本征点缺陷和杂质缺陷，形成载流子复合中心，减少非平衡载流子寿命，降低器件质量。因此，为了获得高质量的器件，对于碲化镉的缺陷的研究是必不可少的。要想通过气相法在基体上生长出高质量的复合材料，就一定需要适宜的生长环境，抑制缺陷的形成和扩散以及获得相对快速的的生长

速度。要想实现前面所诉的两点，就要限制材料生长的条件，包括温度、分压、掺杂等。因此，这样生成的复合材料虽说满足了抑制缺陷和生长速度快这两个方面，但是最终的产物将很可能不能满足器件的需要，因此需要在生长过程的后面加上热处理的步骤。点缺陷在很大一个范围内影响着半导体材料的性能，因此对于半导体来说，点缺陷是一个十分重要的。然而，即使人们投入了大量的精力来研究半导体中的点缺陷，却还是有很多很难理解的问题没有被解决。特别是在化合物半导体中，由于本征缺陷的存在，使得化合物半导体很容易出现非本征化学计量比，使得为掺杂的化合物半导体也能表现出N型或P型半导体的特性，这使得点缺陷在化合物半导体中起到的作用更加复杂而难以研究。在晶体生长后面的热处理步骤中，就很容易产生大量的点缺陷，影响化合物半导体的电学性能。这篇综述从热力学上概述了半导体复合材料的缺陷结构，并从试验方法上阐述了如何控制半导体复合材料的缺陷结构。文章分为两个部分，第一个部分讲的是在热平衡条件在的点缺陷，并从基本原理出发解释缺陷的统计分布、实验研究和热力学评价。第二部分讲的是在非热力学平衡条件下的点缺陷以及点缺陷的扩散。平衡状态下的点缺陷：对于平衡态下点缺陷的研究逐渐形成了一个基本原则，即聚焦与缺陷性能以及要对造成材料偏离平衡态的动力学和其过程要有一个初步的了解。

碲化镉薄膜太阳能电池生产线在成都建成投产

松下将于2012年量产负极材料采用硅系合金的锂离子充电电池松下2009年12月25日宣布,负极材料采用硅系合金的锂离子充电电池即将达到实用水平。此次开发的是笔记本电脑用标准的“18650”尺寸(直径18mm ×高65mm)单元,容量高达4.0Ah,将于2012年度开始量产。松下通过将负极材料由原来的石墨更换为具有10倍以上理论容量的硅系合金,实现了高容量化。正极采用镍系材料。电压稍低,为3.4V,但电池容量达13.6Wh。体积能量密度达到800Wh/L。重量约为54g,重量能量密度为251. 9Wh/kg。此外,该公司还透露,负极材料和原来一样仍采用石墨、正极材料实现高密度化、容量高达3.4A h的电池也将达到实用水平。该产品的电压为3.6V,电池容量为12.2Wh。体积能量密度为730Wh/L。重量约为46g,比采用硅系合金的电池略轻,重量能量密度高达265.2Wh/kg。据称该电池将于2011年度开始量产。松下2009年12月18日还发布了18650尺寸的锂离子充电电池(参阅本站报道)。容量为3.1Ah,较现有的2.9A h产品实现了高容量化,现已开始量产。松下通过上述一系列发布展示了18650单元的发展蓝图。章从福　摘碲化镉薄膜太阳能电池生产线在成都建成投产据《中国电子报》2010年1月5日报道,日前,一条5兆瓦碲化镉薄膜太阳能电池生产线在成都市双流县建成并正式投产。据负责该项目建设的成都中光电阿波罗太阳能有限公司董事长兼总经理侯仁义介绍,这条生产线于2009年10月调试成功,并投入中试生产,是目前国内唯一的一条碲化镉薄膜太阳能电池生产线,拥有靶材制作等多项专利。侯仁义说:“这条生产线建成投产,将打破外国在该行业的垄断现状,对发展我国新型太阳能电池产业和四川光伏产业结构调整都将产生重要影响。” 碲化镉薄膜太阳能电池的制造成本低,目前已获得的最高效率为16%,是美、德、日、意等国家研究开发的主要对象。四川阿波罗太阳能科技有限责任公司通过3年多的努力,已制造出小面积电池,转换率达到11%,接近世界先进水平,大面积电池转换率接近7.5%。 40

美国FirstSolar公司碲化镉薄膜太阳电池

２０１０．３Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３新产品新技术美国First Solar 公司碲化镉薄膜太阳电池ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ是全球最重要的碲化镉（ＣｄＴｅ）薄膜光伏组件制造商，它几乎可与整个产业划上等号，其以低生产成本与高转换效率，快速席卷薄膜太阳能市场，并且直接威胁结晶硅太阳电池的领导地位。与传统的晶硅技术相比，使用ＣｄＴｅ专利技术的太阳电池发电量更大，并拥有更低廉的生产成本。因为与其他薄膜技术（硅薄膜、ＣＩＧＳ）相比，ＣｄＴｅ薄膜技术制造工艺简单，设备成本占总成本的比例小，所以拥有更低的生产成本。２１５ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ公司是世界领先的太阳能光伏组件制造商之一。１９９９年，ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ在俄亥俄州匹兹堡市建设自己的第一条试生产线。到２００２年，ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ商用太阳电池组件的年产量已达１．５ＭＷ。在市场的巨大需求下，ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ将其试生产线扩建为更自动化的生产线，２００５年的产能已达２５ＭＷ，至２００９年公司产能已超过１ＧＷ。从玻璃到最终产品———太阳电池组件的生产时间少于２．５小时。公司通过独有的系统化复制过程ＣｏｐｙＳｍａｒｔ快速高效地增设新生产线，并能在最短时间内达到最高产能。有了ＣｏｐｙＳｍａｒｔ，ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ在全球各地建设制造厂时便能以匹兹堡顶尖水平的工厂作为模板快速建立新生产线。ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ目前有三处生产基地，第一处为美国俄亥俄州匹兹堡市，于２００５年开始生产；第二处为德国法兰克福，于２００７年开始生产，德国厂成立时吸取美国厂建立时的经验，快速缩短生产线建造、产品试产至量产的时间；第三处生产基地位于马来西亚Ｋｕｌｉｍ，由于具有之前美国厂与德国厂的经验，使得生产线设好后，产能即可达到最大值，这也使得ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ可以大规模量产压低单位成本。ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ近几年组件成本逐步下降，２００５年每瓦１．５９美元，至２００８年第四季已经下降至每瓦０．９８美元，已经低于每瓦一美元的重要关卡，相对于目前晶硅太阳电池组件每瓦成本仍高于二美元、硅薄膜太阳电池组件每瓦成本高于１．５美元，因此ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ太阳电池组件在产品单位价格上具有相当的竞争力。２００９年６月，ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ宣布：到２０１４年，公司会将每瓦的制造成本降至５２～６３美分。ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ似乎已达成许多太阳能公司梦寐以求的目标：与发电成本一致，意即达到太阳能发电成本与传统电力成本相同。ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒ最近几年生产线扩充的情况

关于碲化镉 (CdTe) 光伏 (PV) 系统环境概况

总结报告关于碲化镉(CdTe) 光伏(PV) 系统环境概况已发表的主要研究的同行评审 Arnulf J?ger-Waldau 欧盟委员会，联合研究中心总署(DG JRC) 环境和可持续发展协会，可再生能源部 Via Enrico Fermi 1; TP 405 I – 21020 Ispra, Italia 2005 年8 月，欧盟委员会联合研究中心（JRC）在柏林组织完成了一项同行评审。该评审由德国联邦环境部（BMU）主持，评审对象为已发表的关于碲化镉(CdTe) 光伏(PV) 系统环境概况的主要研究结果，由来自美国纽约布克海文(Brookhaven) 国家实验室(BNL)、芝加哥大学以及德国慕尼黑弗劳恩霍夫(Fraunhofer) 固态技术研究所等科研机构的研究员所著。该评审小组成员由BMU 和JRC 从欧洲大学中挑选出的在相关领域研究成果卓著的教授组成。这些教授的研究范围均为非碲化镉光伏技术领域（例如，硅基太阳能电池、硫族半导体和聚合物太阳能电池等），因此他们与碲化镉光伏技术没有特殊利益关系。此外，一些不参与投票的科学及公共政策专家也参与了本次评审，他们分别来自德国联邦环境部(BMU)、布克海文(Brookhaven) 国家实验室(BNL)、德国项目管理组织(PTJ)、欧盟委员会联合研究中心(JRC) 以及德国太阳能行业协会(BWS)。在四位评审人员中，有三位对已发表的研究结果给予了高度评价。本次评审的总体

结论是，如果材料被回收再利用，且/或建立了寿命到期的报废体系和政策，那么碲化镉光伏技术的环境风险是极小的。在光伏组件的生命周期中，镉的排放量极低，大规模使用碲化镉光伏电池组件不会对公共健康和环境造成任何风险。另外，在使用寿命到期时对这些光伏组件进行回收再利用，就可以消弭所有剩余的环境隐患。总而言之，本次评审做出了以下评估和说明： ●镉是在锌的生产过程中生成的一种副产品，可以善加利用，也可以采用安全方法使之隔离并储存起来，避免泄露到环境中。用于光伏技术中的碲化镉处于一种环保而稳定的形态，在正常使用过程中或可预见的事故中均不会将镉泄漏到环境中，因此这种使用镉的方法可被看作是目前最安全环保的。 ●如果使用碲化镉光伏系统替代传统的煤炭和石油发电厂，则在这一系统的整个生命周期中（包括开采、精炼和提纯），镉的空气排放量将降低100-360 倍。即使发生住宅火灾，可能产生的事故排放量也比煤炭和石油发电厂运行过程中的常规排放量低5个数量级。因此，比起光伏技术取代化石燃料所带来的巨大环境利益，碲化镉光伏技术本身所涉及的环境问题就显得微不足道了。 ●与传统的发电技术相比，光伏系统发电具有显著的环境优势。每一种光伏技术都存在某些环境健康安全(EHS) 问题，但光伏行业采取了积极主动的态度对问题进行预防和控制。因此，这些问题不应该影响目前所有光伏技术的商业可行性。