若2035年光伏有10倍增量,未来哪种太阳能技术可能胜出?

2018-09-12 00:37:45 太阳能发电网
刘向鑫中国科学院电工研究所研究员,博士,博导,“百人计划”学者,薄膜太阳电池研究组组长。本文根据刘向鑫博士在2018年8月20日举行的“碲化镉全球峰会暨第四届碲化镉材料与太阳能电池技术国际研讨会”上的演讲,王凯强能见研究员整理。

碲化镉电池还可以怎么降成本


如果国内掌握了大规模、稳定、连续生产的技术,可以充分利用国内健全的产业链,进一步降低薄膜光伏生产成本,技术方面碲化镉仍然有很大的提升空间,虽然从2011年以来碲化镉电池实验室效率纪录已经九次被打破了,但是仍然有比较大的提升空间。


电池当前的世界纪录和理论值间的差距,碲化镉有八个百分点,还有比较大的提升空间。晶体硅只有四个百分点左右,铜铟镓硒的提升空间也有八个百分点左右,但是生产可行性有待解决,需要在降低生产成本上做进一步的研究投入。碲化镉生产成本已经比较低,效率也还有比较大的提升空间。2011年以来的效率提升都是在电流提高上做的工作,且已经做到理论极限,接下来必须在提高电压方面进行研究工作。


碲化镉的实验室技术自2015年以来有很多突破,美国亚利桑那州立大学用分子束外延技术制备出碲化镉单晶薄膜器件少子寿命达到3.6微秒,这个指标比GaAs还高;开路电压高达1.12伏,比传统的0.8~0.9V有明显提高,已经做到了理论开压的90%以上。这从原理上证明碲化镉材料作为光伏半导体材料没有本征缺陷,是一种优秀的光伏材料。


接下来的任务是将单晶里面高开压碲化镉的技术转移到多晶薄膜中,科罗拉多州立大学在碲化镉薄膜中,使用氧化铝双面钝化技术,获得了最高的载流寿命达到430纳秒,2001年的世界纪录碲化镉电池的载流子寿命只有10纳米,现在已经提高了一个数量级。多晶碲化镉薄膜电池开压普遍超过900mV已经是可以指日可待了,已有明确的进一步提高电压和效率的技术路径。


碲化镉电池的优势

一、碲化镉电池成本相对晶硅电池更低,所需材料厚度只有晶硅的1%。

二、碲化镉电池需要的纯度大概是四个9到五个9,晶体硅需要六个9以上,纯度越高材料成本越高,所以材料成本有一定的优势。

三、高温高湿的环境下,碲化镉电池相对同效率晶硅组件有更多的发电量,最多总发电量可超过晶硅20%,普遍可以多发3%到5%。

四、碲化镉电池生产时间短,只需要2-3小时,度电成本上已经做到人民币5毛钱以下。

五、效率提升的速度最近几年比较快,未来提升的空间比晶硅电池大。

 

当然,这不是说碲化镉要替代晶体硅,但是如果市场规模增大一个数量级,可以给市场带来另一个可靠的选择。



作者:刘向鑫 来源:国孚电力 责任编辑:jianping

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