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碲化镉薄膜太阳电池技术或将成光伏行业又一新生力量

2017-08-22

来源:新华网

       新华网北京8月22日电 当今世界,气候变化不容忽视,而人类对生存环境的保护意识也日益加深。作为负责任的大国,中国更是确立了“能源消费革命、供给革命、技术革命、体制革命”和加强国际合作的“四个革命、一个合作”能源发展国策。发展真正由中国创造的光伏发电核心技术,为人类的绿色可持续发展提供技术动力,将是实现上述能源国策的重要组成部分。


  早在上世纪50年代初,RCA实验室制备出第一块转换效率为2.1%的碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池,证明了碲化镉是一种可以用于发展光伏发电技术的材料。研究发现,碲化镉及碲化镉薄膜太阳电池技术具备以下特点:第一、碲化镉具备与地面太阳能光谱匹配的禁带宽度(~1.45ev)和高于硅材料100倍的吸收系数(>105cm)等材料特性,适合制备高效薄膜太阳电池;实验室小面积电池转换效率已达到22.1%(超过多晶硅电池),0.72㎡碲化镉薄膜组件的效率也已达到18.6%。第二、碲化镉与硅材料相比具有温度系数低(-0.21%/K)和弱光效应好等特性;经过大量实践证明,碲化镉薄膜组件的发电能力高于多晶硅组件5-10%。第三、碲化镉属于简单的二元化合物系统,很容易生成单相材料。研究发现,CSS(近距离升华)和VTD(气相输运沉积)这两种技术,具备沉积速率高(3-10μm/min)、膜质好、晶粒大、原材料利用率高(>85%)等优点,特别适合大规模生产。第四、碲化镉薄膜组件的生产成本极具竞争力(美国第一太阳能的生产成本约为0.34美元/W);同时,碲化镉薄膜组件的生产成本降低潜力巨大:美国第一太阳能大面积组件产品S6(组件面积2.16㎡)实现满产后成本可降至0.25-0.28美元/W;第五、碲化镉薄膜组件大规模的应用已得到验证,全世界在建的和已完成的10个大型光伏电站,有6个采用的是用碲化镉薄膜组件。第六、大量研究表明碲化镉薄膜组件是环境友好的产品;碲化镉不同于元素镉,是稳定的化合物,可以被安全使用;碲化镉薄膜组件中碲化镉用量很小,1MW CdTe组件仅需约150KG的碲化镉;碲化镉薄膜组件中碲化镉会被密封在两块玻璃之间,常温下不会有镉的释放;即使在高达1100℃高温下,根据BNL的试验证明大于99.96%的碲化镉都被熔化的两块玻璃所封住而没有泄露;与其他几种太阳电池以及各类化石能源相比较,碲化镉太阳电池组件在全生命周期中的镉释放量是最低的;因此2012年,欧盟RoHS取消了对碲化镉薄膜太阳能组件的限制。


  由于历史原因,中国光伏行业长期以产业化技术相对成熟的晶硅太阳能电池为主;而在需要大量自主创新投入的薄膜太阳能电池技术,特别是碲化镉薄膜太阳能电池技术上,则产业化发展速度相对缓慢。龙焱能源科技(杭州)有限公司(简称:龙焱能源)自2008年成立伊始,就坚持“自主创新、先强后大”的发展理念,追求打破国外企业对先进碲化镉薄膜太阳能电池产业化技术的垄断,实现在该技术上的“中国创造”。经过9年的努力和奋斗,通过在实验室试验线、中试线,以及最终生产线上的自主创新,龙焱能源最终掌握了包括首创的改良型近距离升华沉积技术、新型前电极和背电极材料、新型电池结构等多个核心产业化技术及相关生产设备的设计和制造能力,初步实现了碲化镉薄膜太阳能电池技术在中国的产业化,搭建起完全立足于自主化、国产化的产业链。目前,龙焱能源拥有一条具有完全自主知识产权、全国产化、自动化程度高、年产能40MW碲化镉薄膜0.72㎡组件生产线;龙焱能源试验室小面积电池转换效率达到17.3%,生产线组件效率平均效率13.0%,最高效率13.4%。至今,龙焱能源碲化镉薄膜组件产品已获得包括欧洲TUV Nord、美国UL、中国金太阳等知名产品认证机构的认证,而龙焱能源自身也已获得ISO9001质量管理体系的认证;产品已销往全国20多个省市和地区,以及全球38个国家。尽管,龙焱能源的产能仅为美国第一太阳能的百分之一,但是由于自主化和国产化程度高,龙焱能源的产品生产成本已低于美国第一太阳能的生产成本,达到0.30美元/W以下。而未来随着转换效率的不断提升和产能的有效扩张,龙焱能源的生产成本可达到0.20美元/W以下。


  龙焱能源坚信只有“中国创造”才能让光伏这个战略型新兴产业在中国得到健康的发展。而“中国创造”就必须要具备四个要素:一、中国的产业化核心技术,二、中国的研发和管理团队,三、中国的生产设备和原材料,四、中国的生产基地,缺一不可。而在过去9年中,龙焱能源的主要工作就是以研发碲化镉薄膜太阳能电池技术为基础实现上述四个要素。随着,龙焱能源碲化镉薄膜太阳能电池技术产业化的初步形成,龙焱能源的下一个目标为进一步扩大产业化优势,实现“差异化操作、跨界发展”这一理念:即充分利用碲化镉薄膜太阳电池的独特优势,依托“建筑为主、农业为主”的发展方针,以高度定制化为抓手,深度挖掘碲化镉薄膜太阳电池技术在包括建筑光伏一体化、农业光伏一体等新型应用市场的发展潜力,建立市场竞争优势。同时,龙焱能源深刻认识到,光伏是国家战略性产业, 国家需要光伏,光伏技术的发展更离不开国家的支持。由此,龙焱能源制定了相应的“一体两翼”发展策略:一方面充分发挥龙焱能源作为“一体”的技术研发优势,持续提高产业化技术的水平,推动新产品和新应用的研发以及不断降低生产成本;同时,引入有实力、相信光伏行业发展前途的国有企业,共同建设“两翼”:组件生产基地和开发、运行下游各类光伏发电应用。最终,通过“一带一路”将我们中国人自己的碲化镉薄膜太阳能电池产业化技术输往全球各地,为人类的绿色可持续发展做出更大的贡献。