碲化镉薄膜光伏发电原理(碲化镉 光伏)

简说晶硅和薄膜太阳能光伏发电两者的区别及优缺点？

太阳能电池主要分为以多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池为代表的晶硅太阳能电池和以铜铟镓硒薄膜太阳能电池、砷化镓薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池为代表的非晶硅太阳能电池（也叫薄膜太阳能电池）。精明的消费者购买时关注价格的同时也会重点关注太阳能电池的使用寿命、使用年限，因为能用10年和能用30年所发的电量和收益差别是很大的。影响太阳能电池使用寿命的最重要指标是发电效率是否会衰减，而对于衰减特性，厂家和销售商肯定不会主动告知者，会一直强调初始转化效率数据，使缺乏太阳能专业知识的消费者无法真正了解发电效率衰减对使用寿命影响的重要性。实际上无论单晶硅还是多晶硅太阳能电池主要是由硅材料制造，含有硼和氧的硅片经过光照后出现会不同程度的衰减，硅片中的硼、氧 含量越大在光照或电流注入条件下产生的硼氧复合体越多，寿命降低的幅度就越大越明显。而与晶硅太阳能电池相比，薄膜太阳能电池并不需要使用硅材料，是非晶硅太阳能电池种类，零衰减。所以晶硅太阳能电池产品在使用几年以后，会出现不同程度的效率衰减，不但影响发电收益，还缩短了使用寿命。薄膜太阳能电池作为全球发达国家广泛使用的第二代光伏发电电池设备，其价格目前的确比晶硅太阳能电池稍贵，可无衰减、使用寿命长等特性决定，长期使用所创造的价值会更高。文章来源：中益兴业薄膜太阳能技术专家

太阳能的转化形式是什么？

太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。

1、光－热转换

通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。

2、光－化学转换

包括半导体电极产生电而电解水制氢、利用氢氧化钙或金属氧化物热分解储能等。

3、光－电转换

是指太阳能与电能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。本文主要介绍太阳能光伏发电情况。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此，太阳能电池又称为“光伏电池”。

组成：

光伏组件一般是由玻璃基板，胶联醋酸乙烯封装薄膜(EVA)，硅片和相关线材及起保护固定作用的背板材料组成。制造光伏组件的半导体材料已知的有十几种，如锗、硅、硒、砷化镓、磷化镓、锑化铟等，因此，光伏组件的种类也很多。

技术最成熟，并具有商业价值的太阳能电池要算硅光伏电池，但从固体物理学上讲，硅材料并不是最理想的光伏材料，这主要是因为硅是间接能带半导体材料，其光吸收系数较低，所以研究其他光伏材料成为一种趋势。

其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)被认为是两种非常有前途的光伏材料，目前已经取得一定的进展，但是距离大规模生产，并与晶体硅太阳能电池抗衡还需要大量的工作去做。

发电玻璃到底是单晶硅好还是碲化镉玻璃好?

“发电玻璃”的设计寿命30年，通过发电，前6年可收回成本，这为光伏发电并网的推进甚至为精准扶贫打开了想象空间。目前公司已斩获的订单，足够年产100兆瓦的生产线忙一年……此项技术的突破，打破了国外巨头的垄断。美国制造的是小尺寸“发电玻璃”，规格为1.2米×0.6米。潘锦功的碲化镉“发电玻璃”单片规格为1.2米×1.6米，相当于美国制造的3块拼接小面玻璃，大大提高了大玻璃的生产效率。中国工程院院士顾真安评价，这为中国从建材玻璃大国提升为电子玻璃强国、半导体材料强国打下了技术和材料基础。

先不讲那些过时的政治词儿：又是“突破”，又是“打破垄断”，世界从来是开放的，没有谁垄断谁，除非自己不行。在这里，我只想说一点技术问题，没听说过世界上曾有过“发电玻璃”，何时玻璃也能够发电？所谓“发电玻璃”乃是外行说法，正确名称应该是“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。

碲化镉薄膜太阳能电池的碲化镉薄膜太阳能电池持续发展的可能性

碲化镉薄膜太阳能电池在生产成本大大低于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术，其次它和太阳的光谱最一致，可吸收95%以上的阳光。标准工艺，低能耗，生命周期结束后，可回收，强弱光均可发电，温度越高表现越好。拥有这么多优势的碲化镉薄膜太阳能电池在全球市场占有率上已经开始向传统晶体硅太阳能电池发起了挑战，碲化镉薄膜太阳能电池的领军企业美国First Solar公司一度成为全球市值最高的太阳能电池企业。然而，碲化镉太阳能电池自身也仍是有一些缺点。 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。过去碲是以铜，铅，锌等矿山的伴生矿副产品形式，也就是矿渣，以及冶炼厂的阳极泥等废料的形式存在。

虽然据相关报道，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，但是跟硅的储量根本无法相提并论。 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就是因为这个原因。

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，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。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。

他们还研究了硅太阳能电池和碲化镉太阳能电池的生产与使用中其他重金属的排放。研究结果表明，碲化镉太阳能电池的砷、铬、铅、汞、镍等其他重金属的排放量也比硅太阳能电池的低。该研究报告结论基于对美国First Solar公司碲化镉薄膜太阳能电池生产线、碲化镉太阳能电池组件使用现场的系统考察，和对其他太阳能电池、能源的实际生产企业的工艺、相关产品的使用环境研究分析得出。研究结果的科学性、公正性得到国内外的认可。研究者在2006年欧洲材料年会硫系半导体光伏材料分会作的报告引起了与会人员的强烈关注。

美国的研究人员还针对碲化镉薄膜太阳能电池组件使用过程中，遇到火灾等意外事故造成组件损毁时镉的污染进行了研究。他们将双玻璃封装的碲化镉薄膜太阳能电池组件在模拟建筑物发生火灾的情况下进行试验，实验温度高达1100℃。结果表明，高温下玻璃变软以至于熔化，化合物半导体薄膜被包封在软化了的玻璃中，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。

虽然实验表明碲化镉薄膜太阳能电池组件的使用是安全的，但是建立寿命末期电池组件和损毁组件的回收机制可以增强公众的信心。分离出的Cd、Te及其他有用材料，还可用于制造生产太阳能电池组件所需的相关材料，进行循环生产。美国、欧洲的研究表明，技术上是可行的，回收材料的效益高于回收成本。事实上，美国First Solar公司的碲化镉太阳能电池组件在销售时就与用户签订了由工厂支付回收费用的回收合同。

综上所述，碲化镉太阳能电池在生产、使用等方面是环境友好的。

相同功率条件下单晶太阳能和碲化镉太阳能发电对比

碲化镉薄膜太阳能电池在生产成本大大低于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术，其次它和太阳的光谱最一致，可吸收95%以上的阳光。标准工艺，低能耗，生命周期结束后，可回收，强弱光均可发电，温度越高表现越好

太阳能电池的工作原理

原理：

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换：

光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。

前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

光—电直接转换：

太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。

当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。

但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。

能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。

太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。

其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%

太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)。

与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。

简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。

扩展资料：

太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性。具体解释如下

1、太阳能电池的极性

硅太阳能电池的一般制成P+/N型结构或N+/P型结构，P+和N+，表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型;N和P，表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。

2、太阳电池的性能参数

太阳电池的性能参数由开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、转换效率等组成。这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志。

3　太阳能电池的伏安特性

P-N结太阳能电池包含一个形成于表面的浅P-N结、一个条状及指状的正面欧姆接触、一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正面的抗反射层。

当电池暴露于太阳光谱时，能量小于禁带宽度Eg的光子对电池输出并无贡献。能量大于禁带宽度Eg的光子才会对电池输出贡献能量Eg，小于Eg的能量则会以热的形式消耗掉。因此，在太阳能电池的设计和制造过程中，必须考虑这部分热量对电池稳定性、寿命等的影响。

参考资料：百度百科-----太阳能电池

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