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綠色低碳是我國(guó)“十四五”期間重要發(fā)展目標(biāo)，而光伏發(fā)電則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主力軍。在光伏行業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，除了晶體硅電池備受關(guān)注之外，以碲化鎘為吸收層的薄膜電池同樣受到業(yè)界聚焦。
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碲化鎘（CdTe）是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，形狀呈黑色晶體顆粒或粉末，熔點(diǎn)達(dá)1092℃，相對(duì)分子量240，晶體結(jié)構(gòu)為閃鋅礦型，具有直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)。其晶格常數(shù)為0.6481nm，禁帶寬度為1.45eV，室溫電子遷移率為1050 c㎡/(Vs)，室溫空穴遷移率為80 c㎡/(Vs)。碲化鎘化學(xué)鍵的鍵能高達(dá)5.7eV，是鎘元素在自然界中最穩(wěn)定的化合態(tài)之一。因此，碲化鎘在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且不溶于水、弱酸，在工業(yè)生產(chǎn)和使用過(guò)程中比較安全。
值得一提的是，碲化鎘太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)與地面太陽(yáng)光譜分布非常匹配，實(shí)際發(fā)電能力強(qiáng)。
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碲化鎘性能穩(wěn)定，光能吸收系數(shù)高，通過(guò)摻入不同雜質(zhì)能獲取N型或P型半導(dǎo)體材料，可用于核輻射探測(cè)器（醫(yī)學(xué)用）、紅外電光調(diào)制器、紅外探測(cè)器、紅外透鏡和窗口等器件制造。在光伏領(lǐng)域，碲化鎘被視為制備大尺寸太陽(yáng)能薄膜電池的關(guān)鍵原材料。僅僅2μm（微米）厚度的碲化鎘薄膜，在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5條件下光學(xué)吸收率超過(guò)90%，最高理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá)33%，因此太陽(yáng)能成為碲化鎘最大的應(yīng)用領(lǐng)域。通常情況下，光伏行業(yè)需要用到5N純度的碲化鎘。
與其它太陽(yáng)能電池相比，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；一般而言，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)由五層組成，即玻璃襯底、透明導(dǎo)電氧化層（TCO層）、硫化鎘（CdS）窗口層、碲化鎘（CdTe）吸收層、背接觸層和背電極，如下圖所示。
▲ 碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，薄膜電池現(xiàn)已發(fā)展出包括碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、砷化鎵（GaAs）、非晶硅薄膜、有機(jī)薄膜、鈣鈦礦等多種技術(shù)路線，碲化鎘是目前為止市占率最高的薄膜組件類型，在薄膜組件中占比超過(guò)95%。
龍焱碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)相較于其它太陽(yáng)能電池技術(shù)有著非常明顯的特性優(yōu)勢(shì)，總結(jié)下來(lái)主要有以下10大優(yōu)勢(shì)：
1、碲化鎘產(chǎn)業(yè)鏈非常短：晶硅產(chǎn)業(yè)鏈從上游的多晶硅料，到中游的硅片和電池片，再到下游的光伏組件，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要非常多的生產(chǎn)設(shè)備、配備設(shè)施以及資金投入。與晶硅產(chǎn)業(yè)鏈相比，碲化鎘的產(chǎn)業(yè)鏈則要短很多。僅300米長(zhǎng)的碲化鎘光伏組件全自動(dòng)生產(chǎn)線，就可以實(shí)現(xiàn)從原材料光伏玻璃的磨邊清洗，到化合物半導(dǎo)體薄膜的制備，再到最后光伏組件成品封裝測(cè)試的完整生產(chǎn)流程；
2、碲化鎘組件的碳足跡非常低：晶硅PERC組件現(xiàn)在的碳足跡數(shù)值為600g CO?eq/W左右，龍焱碲化鎘薄膜光伏組件通過(guò)中國(guó)國(guó)檢的評(píng)估認(rèn)證，碳足跡僅有366g CO?eq/W。主要是因?yàn)轫诨k薄膜電池僅有幾微米，可大幅節(jié)省原料；產(chǎn)業(yè)鏈非常短，可大幅降低能耗；組件封裝工藝簡(jiǎn)便，進(jìn)一步幅降低生產(chǎn)能耗等原因（以中國(guó)年平均有效光照小時(shí)數(shù)1200小時(shí)計(jì)算，1瓦碲化鎘光伏組件一年可發(fā)電1.2kWh，相當(dāng)于一年可節(jié)約1196.4g二氧化碳，這意味著碲化鎘光伏組件只需要工作4個(gè)月不到的時(shí)間，就能把從資源開(kāi)發(fā)、原輔料生產(chǎn)及運(yùn)輸、能源生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)至產(chǎn)品出廠全過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳全部抵消掉，余下20多年時(shí)間都是產(chǎn)生的綠色清潔零碳電力）；
3、碲化鎘的禁帶寬度為1.45eV，是與地面太陽(yáng)能光譜最匹配的太陽(yáng)電池吸收層材料；
4、碲化鎘是直接帶隙材料，吸收系數(shù)> 105/cm，吸收系數(shù)高，是硅材料的100倍。
5、溫度系數(shù)低：碲化鎘禁帶寬度高于晶硅，溫度系數(shù)約為晶硅的一半，夏季組件的溫度可超過(guò)65℃，由于溫度升高造成的功率損失碲化鎘組件要比晶硅組件少10%左右；
6、熱斑效應(yīng)?。喉诨k薄膜組件是長(zhǎng)條子電池設(shè)計(jì)，減少了熱斑效應(yīng)，在提高發(fā)電能力的同時(shí)，改善了產(chǎn)品壽命和安全性；
7、色彩均勻，美觀大方：大面積碲化鎘光伏組件色彩均勻，美觀，整體感強(qiáng)，特別適合于對(duì)美觀要求較高的建筑；
8、色彩均勻，美觀大方：大面積碲化鎘光伏組件色彩均勻，美觀，整體感強(qiáng)，特別適合于對(duì)美觀要求較高的建筑；
9、發(fā)電效率高：碲化鎘電池理論極限轉(zhuǎn)化效率32％-33%;目前小面積電池光電轉(zhuǎn)換效率世界記錄為22.1%, 組件效率19%,未來(lái)還有非常大的提升空間;
10、定制化程度高：龍焱特有的生產(chǎn)工藝技術(shù)，可以根據(jù)不同需求靈活定制碲化鎘光伏發(fā)電建材產(chǎn)品的顏色、圖案、形狀、尺寸、透光度等，逐步實(shí)現(xiàn)在建筑應(yīng)用中用光伏發(fā)電建材替代傳統(tǒng)建材的宏偉目標(biāo)。
▲ 龍焱部分碲化鎘薄膜光伏建材產(chǎn)品
隨著國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能的政策體系逐步完善，政府對(duì)建筑節(jié)能的重視程度明顯提升。若要實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，離不開(kāi)光伏建筑一體化（BIPV）這個(gè)重要路徑。2020年，我國(guó)住建部等7部委發(fā)布綠色建筑相關(guān)行動(dòng)方案，方案以2022年新建綠色建筑占比70%為目標(biāo)，要求引導(dǎo)政府投資工程率先采用綠色建材。通過(guò)碲化鎘薄膜電池技術(shù)制備的碲化鎘發(fā)電玻璃建材，正是新一代綠色建筑材料。
相比于晶硅組件，碲化鎘薄膜組件具有吸收系數(shù)高、熱斑效應(yīng)小、弱光效應(yīng)好、美觀度高、可定制性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以靈活應(yīng)用用于建筑屋頂、幕墻等多種建筑結(jié)構(gòu)上，并最大限度利用建筑的表面增加有效發(fā)電面積，滿足多角度建筑發(fā)電需求，最終從源頭上減少建筑碳排放。在利好政策推動(dòng)下，未來(lái)碲化鎘薄膜光伏組件的需求還將進(jìn)一步擴(kuò)大。
▲龍焱碲化鎘薄膜光伏產(chǎn)品在BIPV項(xiàng)目和光伏電站中的應(yīng)用
碲化鎘薄膜電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化并不是一件單純的技術(shù)工作，而是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，龍焱能源于2008年由國(guó)際光伏專家吳選之教授等人創(chuàng)建，承擔(dān)了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）先進(jìn)能源領(lǐng)域課題，成功打破國(guó)外技術(shù)壟斷，率先在2011年在中國(guó)實(shí)現(xiàn)了完全自主研發(fā)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，電池效率達(dá)到國(guó)內(nèi)外卓越水平。
經(jīng)過(guò)15年的發(fā)展，龍焱能源除了碲化鎘標(biāo)準(zhǔn)光伏組件廣泛應(yīng)用于光伏電站項(xiàng)目中，研發(fā)生產(chǎn)的各類碲化鎘光電建材更是受到建筑行業(yè)的青睞，產(chǎn)品已成功應(yīng)用于世園會(huì)中國(guó)館、雄安新區(qū)商務(wù)中心、大同能源館、嘉興火車站、鄂州順豐花湖機(jī)場(chǎng)、北京冬奧會(huì)噴泉廣場(chǎng)水下光伏、中國(guó)建研院光電示范建筑等國(guó)內(nèi)外百余個(gè)標(biāo)志性光電建筑項(xiàng)目中。
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