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薄膜太阳能电池知多少

2018-12-12 09:14admin中国电力时空网

看着上图大家眼熟吗?没错,这就是火遍全球的摩拜单车,但今天小编讨论可不是这货,而是摩拜单车车筐底下的一块板,如下图2。

薄膜太阳能电池知多少

图2:薄膜电池

没错,就是这货。或许,有些人还不太了解,以为这只是一块单纯的车筐底板。这看上去是一块单纯的车筐底板,其实它是一块薄膜太阳能电池板,为摩拜单车智能系统提供电源。下面小编就为大家简单介绍一下薄膜电池。

薄膜电池基本上分为:非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池和碲化镉(CdTe)薄膜电池三种。

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图3:非晶硅电池板

非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO),然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si,接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射,电池电流从透明导电膜和铝引出,其结构可表示为glass/TCO/pin/Al,还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。非晶硅转换效率一般为5%-10%。

非晶硅太阳电池用料少,节约能源,成本低;弱光效应好,短波响应优于晶体硅太阳电池;温度系数低;非晶硅电池组件因遮挡引起的组件功率下降比晶体硅好很多;外观一致性好,适合建筑使用,不影响建筑美观。

但目前非晶硅组件比晶体硅组件效率低很多,非晶硅效率一般不超过10%,在建设大型光伏电站的时候要求占地面积会比晶体硅大,比较不适合对占地面积有严格要求的地区。

2、铜铟镓硒(CIGS)电池板

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图4:铜铟镓硒电池板

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池,由Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池,是组成电池板的关键技术。铜铟镓硒薄膜材料是属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物直接带隙半导体,光吸收系数达到105量级,薄膜厚度约为1-2μm就能吸收太阳光,大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同,一般在10%~15%范围内。

铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特点,光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首,接近晶体硅太阳电池,而成本则是晶体硅电池的三分之一,被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。此外,该电池具有柔和、均匀的黑色外观,是对外观有较高要求场所的理想选择,如大型建筑物的玻璃幕墙等,在现代化高层建筑等领域有很大市场。

虽然CIGS电池具有高效率和低材料成本的优势,但他也面临三个主要的问题:(1)制程复杂,投资成本高(2)关键原料的供应不足(3)缓冲层CdS具有潜在的毒性。

3、碲化镉(CdTe)电池板

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图5:碲化镉电池板

碲化镉(CdTe)薄膜电池是在玻璃或柔性衬底上依次沉积多层薄膜而形成的光伏器件。与其他太阳能电池相比,碲化镉薄膜太阳能电池结构比较简单,一般而言,这种电池是在玻璃衬底上由五层结构组成,即透明导电氧化物层(TCO层)窗口层、碲化镉(CdTe)吸收层、背接触层和背电极层。碲化镉薄膜电池的转换效率一般为8.5%~10.5%。

CdTe是一种II-VI族化合物半导体,吸收率高,仅1微米(μm)厚就可以吸收90%以上的可见光,是单晶硅的1/100,非常适合于制作成薄膜太阳电池的吸收层,是实现低成本和低能耗的重要前提。碲化镉薄膜太阳能电池组件的温度系数约为-0.25%/℃,比晶体硅太阳能电池低一半左右,所以,其发电量比标称功率相同的晶硅电池多,也更适合于高温环境。碲化镉薄膜太阳能电池组件的光谱吸收不覆盖水蒸汽的吸收峰,因此不会像晶硅组件一样在潮湿气候下发电输出下降。

碲化镉的一个主要缺点就是要用“非常的”材料来制造,镉是一种剧毒物质,能够像汞一样在食物链中积累,这就有悖于绿色、环境友好、安全无毒的理念。

薄膜电池材料消耗少、制备能耗低、组件生产可在一个车间内完成,成本优势明显。如果薄膜电池组件效率与晶硅电池相差无几,其性价比将是无可比拟的。在柔性衬底上制备的薄膜电池,具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势,加之光伏建筑一体化等分布式光伏的应用,将来的应用前景将会更加广阔。