同樣在第三屆碲化鎘材料與太陽能電池技術國際研討會和中國光伏大會上，美國FirstSolar公司宣布他們將于9月初發布的第六代（G6）碲化鎘產品信息，其尺寸比前幾代（G3、G4）產品更大，達到2.4m2（1.2X2m），最大可能地同晶硅組件安裝零件匹配，減低成本。9月6日FirstSolar公司發布G6產品信息時聲稱，該產品即將在2018年正式推出，并已開始接受訂單。

　　

　　領先的碲化鎘薄膜電池企業的產品方向都明確的指向往大面積迭代的發展趨勢。在這種情況下，薄膜電池產品面積更大會有哪些優勢？能夠帶來哪些機遇？還存在什么問題？是否對晶硅技術帶來影響？引起業內人士關注。

 

　　

　　

　　碲化鎘薄膜電池是在玻璃或是其它柔性襯底上依次沉積多層薄膜而形成的光伏器件。碲化鎘薄膜電池以P型碲化鎘(CdTe)和N型硫化鎘(CdS)的異質結為基礎，具有以下主要特點:

　　

　　1.CdTe是一種IIB-VIA族化合物半導體，為直接帶隙材料，吸收率高，只需要1μm（千分之一毫米）就可以吸收90%以上的可見光，是單晶硅所需厚度的1/100。制作成薄膜電池，吸收層材料的用量少，成本明顯降低，且能耗也明顯減少。

　　

　　2.理想太陽能電池轉換效率與能帶寬度關系的計算表明CdTe的能隙1.5eV與地面太陽光譜匹配得非常好，理論效率高達28%~29%，技術發展潛力很大。

　　

　　3.CdTe材料Cd-Te化學鍵的鍵能高達5.7eV，是鎘元素在自然界中最穩定的化合態之一，因此在常溫下化學性質穩定。其熔點高達1041℃，升華溫度400℃；而電池組件運行時一般不會超過100℃，因此在正常使用中CdTe不會分解擴散。而且CdTe不溶于水，因此在生產和使用過程中穩定安全。

　　

　　4.在真空環境中溫度高于400℃時，CdTe固體會出現升華，直接通過固體表面形成蒸汽；溫度低于400℃，或者環境氣壓升高時升華迅速減弱，蒸汽凝聚成固體。這一特性，除了有利于真空快速薄膜制備，如近空間升華（CSS）、氣相輸運（VTD）外，還保證了CdTe在真空生產過程中的安全性。

　　

　　5.碲化鎘薄膜太陽能電池組件的溫度系數約為-0.2%/℃至-0.3/℃，比晶體硅太陽能電池低一半左右。且其吸收邊避開了900nm附近的水蒸氣吸收峰。所以更適合于高溫、沙漠及潮濕地區等嚴苛應用環境。

　　

　　6.由于碲化鎘薄膜電池的光譜響應范圍較寬，吸收系數高，因此對弱光的敏感度高，具有較好的弱光效應，所以其發電時間比晶硅電池長的多。

　　

　　由于碲化鎘材料的天然優勢，以及在全球的發展實踐，這項技術因其低成本、高轉化效率和高穩定性逐漸被業內認同。有人說，如果說薄膜電池里有可以在地面電站市場的激烈競爭中生存下來的技術那么應該就是碲化鎘。

　　

　　

　　以前，碲化鎘技術面臨的一個問題是電池的電壓輸出都不太理想。碲化鎘電池開路電壓的理論值為1.2V，相對這一理論值，一般只能做到高于0.8V，但不超過0.9V。這可能帶來碲化鎘材料是不是做高效光伏電池方面有天然缺陷的疑問。但是近幾年，國外的實驗室在基礎研究方面取得了新的突破。2015年，美國可再生能源實驗室的WyattMetzger團隊在碲化鎘單晶晶體電池上，已經把電池的開路電壓率先做了超過1V。2016年美國艾利桑娜州立大學的Yong-HangZhang團隊在分子束外延生長的碲化鎘單晶薄膜電池上，也將電池的開路電壓進一步提高到接近1.12V的水平，其某些性能甚至優于單晶砷化鎵三五族材料，如載流子壽命大于3.6μs。那么，這就從基礎研究方面充分證明了碲化鎘材料的半導體光電性能是很適宜制備高效太陽電池的。各碲化鎘薄膜電池研究團隊正在積極研究將單晶碲化鎘上取得的這些突破引入到低成本的多晶薄膜電池技術中，例如FirstSolar公司在第三屆碲化鎘材料與太陽能電池技術國際研討會上，就公布了他們通過改善CdTe多晶薄膜的p型摻雜，已經將電池的開路電壓提高到了900mV以上。

　　

　　中國科學院電工研究所劉向鑫研究員說：“目前，國外業界同行在技術方面的進步是很快的，碲化鎘薄膜電池已經達到了實驗室效率22.1%的水平。如果結合開路電壓超過1V的技術，那么將很有希望把實驗室的單結電池效率進一步提高到25%以上。當然這一過程中會有許多的技術創新和與產業化生產的磨合。不僅僅是產品需要迭代升級，生產線工藝和布局很可能都需要向更高技術迭代。我們至少可以看到，這個過程中的發展空間是很大的。碲化鎘薄膜技術不僅在成本、效率、穩定性方面充分驗證了自己的市場適應性，而且在基礎研究方面為生產技術的進步提供了充足的發展空間，這一點可以清楚地從如下兩個事實看出來：2011年以來實驗室效率連續9次的快速提升和2015年以來開路電壓多次突破1V。一個發展空間已經形成。”

　　

　　

　　國內對碲化鎘技術曾經有偏見，認為有毒。FirstSolar加利福利亞研究中心主任熊剛表示，其實，關于鎘的毒性問題早在是十幾年前，FirstSolar公司決定商業化的時候已經解決。

　　

　　而在晶體硅技術為主流技術的環境下，薄膜技術要想活下來需要避開和晶體硅的直接競爭。對大面積產品的需求就是薄膜電池應該瞄準的一個差異化的市場，對產品面積需求越來越大會成為一個趨勢。

　　

　　2017年中國的分布式光伏開始快速發展，成為爆發式發展的一個起點，而晶體硅技術無法完全滿足市場需求。尤其在光伏建筑一體化，即BIPV領域，薄膜技術有著不可替代的優勢。在許多有陰影遮擋的場所，分布式光伏對碲化鎘薄膜電池產品的需求愈加強烈。此外，碲化鎘薄膜電池還有其他薄膜電池不可比擬的成本優勢。因此，BIPV對薄膜電池的需求將會越來越大，對薄膜電池尺寸的要求也會越來越大，大面積的薄膜電池產品將成為新的發展趨勢。

　　

　　當生產的薄膜組件面積越來越大，它能夠被應用的場所就會越來越廣泛。劉向鑫這樣說：“這是一個生產創造需求的過程，而不是相反。我們可以看到，目前，無論是成都中建材新上生產線生產的5.5代，還是First Solar公司6代產品的面積，其實對于分布式光伏的應用來講還是很不夠的，還沒有達到和建筑工程玻璃要求的水平。所以，我認為碲化鎘薄膜電池的在向更大面積產品升級發展的空間很大。我們可以這樣考慮，面積大的產品，可以根據實際應用需要向下切割成小面積，所以可以向下涵蓋小面積產品的應用市場。但是面積小的產品卻不一定能涵蓋面積大的產品的應用市場，這是容易被理解的。”

　　

　　面積越大的薄膜組件可以有效利用的面積更大。因為薄膜組件是全面積覆蓋，只有去邊部分不能發電。而晶硅組件，電池片之間有一定的縫隙，會帶來面積上的浪費。所以薄膜組件的面積越大，去邊部分的占比越小，有效面積的比例就會越高。但是大面積組件的生產工藝要求更高。

　　

　　“一直以來有一種說法，就是光伏組件的尺寸不能太大，至少需要一到兩個工人可以抬得動的尺寸。但是在自動化安裝機械出現之后，這種顧慮對地面電站已經變得沒有必要，對于應用于建筑的BIPV產品更是如此，因為建筑玻璃的安裝更不可能依靠人力。為了降低安裝成本，晶體硅產品早已從60片組件轉向更大的72片組件，薄膜產品跟進這個趨勢是必然的。而BIPV市場對大尺寸薄膜組件也有同樣需求，因為需要符合建筑的工程規范。”劉向鑫如是認為。

　　

　　

　　對于碲化鎘技術未來如何發展，熊剛說：“大面積組件的系統造價更低，組件的本身效率也會更高。目前，FirstSolar公司在尺寸的選擇上，已和晶硅組件的尺寸基本相當，所以這樣能夠最大程度上利用已經成熟的晶硅安裝所用的設備，例如支架等。這就對供應鏈沒有特殊的要求。

　　

　　有國內碲化鎘專家也認為，碲化鎘薄膜技術要想發展，必須要適應現有市場的產品設計，可以將為晶體硅產品設計的平衡系統部件應用在薄膜產品上。這樣就避免了相關廠家專門針對薄膜產品進行設計和生產，可以有效地降低整個系統的安裝成本。

　　

　　碲化鎘技術在我國發展還需要配套的產業鏈。國內光伏專家這樣認為，光伏產業經過近十來年的發展，基本達成這樣的共識，就是任何一種光伏的技術要在市場上生存下來，必須要有三條腿，這三條腿分別是效率、成本和穩定性，這三條腿都需要站得穩，才能夠做得好。對于碲化鎘技術，三條腿理論應該再加一條，就是需要有配套的產業鏈，我國的碲化鎘技術現在缺的就是配套的產業鏈。”

　　

　　用業內專家的看法作為結語：碲化鎘是一種上天恩賜給人類的清潔能源材料，既具有優良的光電轉化效率和地面光伏應用所需的諸多優點，又天然適合大規模工業生產。對中國來說，能夠為解決傳統冶煉產業造成的重金屬副產品處置問題提供高附加值的技術解決路徑。