薄膜太阳能电池的分类与发展历史
在广泛深入的应用研究基础上,国际上许多国家的CdTe薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。1998年美国的CdTe电池产量就为0.2MW,目前,美国高尔登光学公司 (Golden Photo)在CdTe薄膜电池的生产能力为2MW,日本的CdTe电池产量为2.0MW。德国ANTEC公司将在Rudisleben建成一家年产10MW的CdTe薄膜太阳电池组件生产厂,预计其生产成本将会低于$1.4/W。该组件不但性能优良,而且生产工艺先进,使得该光伏组件具有完美的外型,能在建筑物上使用,既拓宽了应用面,又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低。BP Solar公司计划在Fairfield生产CdTe薄膜太阳电池。而Solar Cells公司也将进一步扩大CdTe薄膜太阳电池生产。
CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出效率为15.8 %的太阳电池 ,随后,日本Matsushita Battery报道了CdTe基电池以CdTe作吸收层,CdS作窗口层的n-CdS/ P - CdTe半导体异质结电池,其典型结构为MgF2/玻璃/ SnO2:F/ n-CdS/ P- dTe/背电极,小面积电池最高转换效率16%,成为当时CdTe薄膜太阳能电池的最高纪录,近年来,太阳电池的研究方向是高转换效率,低成本和高稳定性.因此,以CdTe为代表的薄膜太阳电池倍受关注,Siemens报道了面积为3600cm2电池转换效率达到11.1%的水平。美国国家可再生能源实验室提供了Solar Cells lnc的面积为6879cm2CdTe薄膜太阳电池的测试结果,转换效率达到7.7%;Bp Solar的CdTe薄膜太阳电池,面积为4540cm2,效率为8.4%,面积为706cm2的太阳电池,转换效率达到10.1%;Goldan Photon的CdTe太阳电池,面积为3528cm2,转换效率为7.7%。
碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低,目前,已获得的最高效率为16%,是应用前景最好的新型太阳电池,它已经成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。
我国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。内蒙古大学采用蒸发技术、北京太阳能研究所采用电沉积技术(ED)研究和制备CdTe薄膜电池,后者研制的电池效率达到5.8%。80年代中期至90年代中期,研究工作处于停顿状态。90年代后期,四川大学太阳能材料与器件研究所在冯良桓教授的带领下在我国开展了碲化镉薄膜太阳电池的研究,在“九五”期间,承担了科技部资助的科技攻关计划课题:“Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制”。采用近空间升华技术研究CdTe薄膜电池,并取得很好的成绩。最近电池效率已经突破13.38%,进入了世界先进行列。“十五”期间,CdTe薄膜电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目。
经过多年几代科学工作者的不懈努力,我国正处于实验室基础研究到应用产业化的快速发展阶段,并计划建立年产量0.5MW的中试生产线。CdTe薄膜太阳电池研究,由原来的只有内蒙古大学、四川大学、新疆大学等几家科研院所进行这方面的基础研究,到今年的四川阿波罗太阳能科技开发股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太阳能电池核心材料产业化,为期两年,将建设拥有年产碲化镉50吨的生产线、硫化镉10吨生产线,使我国在CdTe薄膜太阳电池产业化将得到长足发展,向世界领先水平迈进。
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