碲化镉薄膜太阳能电池简称CdTe电池,它是一种以p型CdTe和n型CdS的异质结为基础的薄膜太阳能电池。简单来说,就是在玻璃或是其它柔性衬底上依次沉积多层薄膜而构成的光伏器件。一般标准的碲化镉薄膜太阳能电池由五层结构组成:
碲化镉薄膜太阳能电池结构示意图
1、玻璃衬底,主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。
2、TCO层,即透明导电氧化层。主要起的是透光和导电的作用。
3、CdS窗口层,n型半导体,与p型CdTe组成p-n结。
4、CdTe吸收层,它是电池的主体吸光层,与n型的CdS窗口层形成的p-n结是整个电池最核心的部分。
5、背接触层和背电极,为了降低CdTe和金属电极的接触势垒,引出电流,使金属电极与CdTe形成欧姆接触。
其次,就是碲化镉薄膜电池的优势:
1、理想的禁带宽度
由于只有能量高于半导体材料的禁带宽度的光子能被吸收,半导体材料的禁带宽度决定了材料能吸收的光子的最小能量(hv),即最大波长。一般禁带宽度在1到1.7eV。碲化镉的禁带宽度一般为1.47eV,碲化镉的光谱响应和太阳光谱非常匹配,最适合于光电能量转换
2、光吸收率高
碲化镉的吸收系数在可见光范围高达104cm-1以上,95%的光子可在1μm厚的吸收层内被吸收。
3、转换效率高
碲化镉薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为28%。现今,已获得的最高效率为16%,是应用前景最好的新型太阳电池,国内最近碲化镉电池转换效率也已经突破13.38%,进入了世界先进行列。
4、电池性能稳定
一般的碲化镉薄膜太阳能电池的设计使用时间为20年。
5、电池结构简单
碲化镉薄膜太阳能电池电池结构简单,是太阳能电池中最容易制造的,容易实现规模化生产,因而它向商品化进展最快。
这五大优势使碲化镉薄膜太阳能电池在如今左右薄膜电池中脱颖而出,成为公认的应用前景最好的新型太阳电池。
然而,碲化镉薄膜太阳能电池也有它的缺点:
1、原料“碲”的储量
众所周知,碲是地球上的稀有元素,它的储量一定程度上阻碍的碲化镉的发展,但是据相关报道,地球上已知有碲十数万吨,且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。
2、原料“镉”的毒性
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。但是经过美国布鲁克文国家实验室的科学家们研究结果比较表明,单位发电量造成的镉排放,石油的镉排放量是最高的,达到44.3g/GWh,煤炭次之,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;遇到火灾等意外事故造成组件损毁时镉流失量不到电池所含镉总量的0.04%。考虑到发生火灾的几率,得出使用过程中,镉的排放量不到0.06mg/GWh。重重结果表明,碲化镉薄膜太阳能电池组件的使用是安全的。
综上所述,所有的结果都表明,碲化镉会向好的方面发展,而世界第一条大面积碲化镉“发电玻璃”生产线在四川建成并正式投产,据介绍,碲化镉弱光发电玻璃具有弱光转化率高、温度系数最低、适宜建筑使用等多重优点,将会广泛应用于建筑外墙、光伏发电站等场景。碲化镉薄膜电池将成为未来社会的主导新能源之一。