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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 电池在生产成本 低于晶体硅和其他材料的 电池技术,其次它和太阳的光谱最 ,可吸收95%以上的阳光。 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 电池在全球市场占有率上已经开始向传统晶体硅 电池发起了挑战,碲化镉薄膜 电池的领军企业美国First Solar公司 成为全球市值最高的 电池企业。然而,碲化镉 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 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 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 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 电池含有重金属元素镉,使很多人担心碲化镉 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 电池的开发和生产就是 这个原因。
为此,美国布 文 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 电池、碲化镉 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 电池的分析中,考虑了将原始矿石加工得到制备 电池所需材料、 电池制备、 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 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 电池的镉排放量大约是碲化镉 电池的两倍。
他们还研究了硅 电池和碲化镉 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 电池的砷、铬、铅、汞、镍等其他重金属的排放量也比硅 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 电池生产线、碲化镉 电池组件使用现场的系统考察,和对其他 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 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 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 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 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 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 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 电池在生产、使用等方面是环境友好的。
第一太阳能的碲化镉薄膜
碲化镉电池具有直接能隙,能隙值为1.45 伏(eV),正好位于 电池的能隙范围内。此外,它具有很高的吸光系数,成为可以获得高效率的 电池材料之一。并且可利用多种快速成膜技术制作,由于模组化生产容易,商业性表现较佳,碲化镉 电池已经应用于大面积屋顶材料。但镉污染问题是发展该薄膜电池的一项隐患。不过,美国和德国已经推行碲化镉 电池回收及再生机制,为市场注入了正面力量。由于该电池制作过程耗时只需几分钟,易于快速批量生产。
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