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。
砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。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。
一、概述
CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，带隙1.5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料[1]，具有很高的理论效率（28%）[2]，性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。CdTe薄膜太阳电池通常以CdS ／CdT e异质结为基础。尽管CdS和CdTe和晶格常数相差10%，但它们组成的异质结电学性能优良，制成的太阳电池的填充因子高达 F F =0.75[3]。
制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来，如近空间升华、电沉积、PVD、CVD、CBD、丝网印刷、溅射、真空蒸发等[4]。丝网印刷烧结法：由含CdTe、CdS浆料进行丝网印刷CdTe、CdS 膜，然后在600～700℃可控气氛下进行热处理1h 得大晶粒薄膜. 近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬底温度500～600℃，沉积速率10μm/min. 真空蒸发法：将CdTe 从约700℃加热钳埚中升华，冷凝在300～400℃衬底上，典型沉积速率1nm/s. 以CdTe 吸收层，CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构：减反射膜/玻璃/（SnO2:F）/CdS/P-CdTe/背电极。电池的实验室效率不断攀升，最近突16%。20世纪90年代初，CdTe 电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。商业化电池效率平均为8%-10%[5]。
为了更好地、更系统地研究CdTe系太阳电池，本文简要介绍CdTe薄膜太阳能电池的国内外的研究进展与产业发展状况，以及存在的问题、制约因素等。
二、国外CdTe薄膜太阳能电池产业发展状况与趋势
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[6] , 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%[7]，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％。详细情况如表1[7-11]。
表1 CdTe 薄膜太阳电池参数表[7-11]
小面积单体电池
研究机构面积/cm2 开路电压/V 转换效率/%
Matsushita 1.0 16
USF 0.928 0.845 15.8
SCI 0.27 0.839 13.3
CSM 0.10 0.778 12.9
NREL 0.69 0.823 12.8
大面积单体电池
研究机构面积/cm2 转换效率/% 功率/W
BP Solar 4540 8.4 38.2
SCI 6728 9.1 61
GP 3528 7.7 27.2
Matsushita 1200 8.7 10
人们认为,CdTe 薄膜太阳电池是太阳能电池中最容易制造的,因而它向商品化进展最快. 提高效率就是要对电池结构及各层材料工艺进行优化,适当减薄窗口层CdS 的厚度,可减少入射光的损失,从而增加电池短波响应以提高短路电流密度,较高转换效率的CdTe 电池就采用了较薄的CdS 窗口层而创了最高纪录.要降低成本,就必须将CdTe 的沉积温度降到550 ℃以下,以适于廉价的玻璃作衬底;实验室成果走向产业,必须经过组件以及生产模式的设计、研究和优化过程. 近年来,不仅有许多国家的研究小组已经能够在低衬底温度下制造出转换效率12%以上的CdTe 太阳电池,而且在大面积组件方面取得了可喜的进展,许多公司正在进行CdTe薄膜太阳电池的中试和生产厂的建设,有的已经投产.
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[12]，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。
三、国内CdTe薄膜太阳能电池产业发展状况与趋势
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%[13]。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%[14]，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。
四、存在问题与制约因素
CdTe薄膜太阳电池较其他的薄膜电池容易制造，因而它向商品化进展最快。已由实验
室研究阶段走向规模化工业生产。下一步的研发重点，是进一步降低成本、提高效率并改进与完善生产工艺。CdTe太阳能电池在具备许多有利于竞争的因素下，但在2002年其全球市占率仅0.42﹪，目前CdTe电池商业化产品效率已超过10﹪，究其无法耀升为市场主流的原因，大至有下列几点：一、模块与基材材料成本太高，整体CdTe太阳能电池材料占总成本的53﹪，其中半导体材料只占约5.5﹪。二、碲天然运藏量有限，其总量势必无法应付大量而全盘的倚赖此种光电池发电之需。三、镉的毒性，使人们无法放心的接受此种光电池。
CdTe太阳能电池作为大规模生产与应用的光伏器件，最值得关注的是环境污染问题。有毒元素Cd对环境的污染和对操作人员健康的危害是不容忽视的。我们不能在获取清洁能源的同时，又对人体和人类生存环境造成新的危害。有效地处理废弃和破损的CdTe组件，技术上很简单。而Cd是重金属，有剧毒，Cd的化合物与Cd一样有毒。其主要影响，一是含有Cd的尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成的危害；二是生产废水废物排放所造成的污染。因此，对破损的玻璃片上的Cd和Te应去除并回收，对损坏和废弃的组件应进行妥善处理，对生产中排放的废水、废物应进行符合环保标准的处理。目前各国均在大力研究解决CdTe薄膜太阳能电池发展的因素，相信上述问题不久将会逐个解决，从而使碲化镉薄膜电池成为未来社会新的能源成分之一。
四川阿波罗太阳能科技有限责任公司https://www.doczj.com/doc/461094524.html, 专业生产高纯金属材料、半导体材料、碲化镉/硫化镉太阳能电池核心材料、薄膜太阳能电池等。
碲化镉CdTe 英文名Cadmium telluride 碲化镉薄膜太阳能电池P级材料太阳能级5N 纯度99.999%;
硫化镉CdS 英文名Cadmium Sulfide 碲化镉薄膜太阳能电池缓冲层材料太阳能级5N 纯度99.999%.
作为第二代薄膜太阳能电池的代表性材料，碲化镉/硫化镉CdTe/CdS将成为未来最有潜力的薄膜太阳能电池材料，美国可再生能源研究所（NREL）及美国第一太阳能公司（First Solar Inc）已经使该系列太阳能电池从实验室走向规模生产。国内外多家研究院所（如四川大学等）也对此进行了大量研究工作，但国内目前尚无量产报道。
msn: scasolar01@https://www.doczj.com/doc/461094524.html,
在此希望和各界同仁分享感言! 谈谈您的看法，以及对碲化镉CdTe太阳能电池走向……如果有感兴趣的请留言!
(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。
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 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 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 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。
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.doczj.com/doc/461094524.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 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。
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
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。