在广泛深入的应用研究基础上,国际上许多国家的CdTe薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。1998年美国的CdTe电池产量就为0.2MW,目前,美国高尔登光学公司 (Golden Photo)在CdTe薄膜电池的生产能力为2MW,日本的CdTe电池产量为2.0MW。德国ANTEC公司将在Rudisleben建成一家年产10MW的CdTe薄膜太阳电池组件生产厂,预计其生产成本将会低于$1.4/w。该组件不但性能优良,而且生产工艺先进,使得该光伏组件具有完美的外型,能在建筑物上使用,既拓宽了应用面,又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低。BP Solar公司计划在Fairfield生产CdTe薄膜太阳电池。而Solar Cells公司也将进一步扩大CdTe薄膜太阳电池生产。
碲化镉(cadmium telluride)
由碲和镉构成的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。其晶体结构为闪锌矿型,具有直接跃迁型能带结构。
碲化镉的物理性质
碲化镉的主要结构缺陷是填隙镉原子,它提供n型电导,而镉空位提供p型电导。
多晶合成用纯度为99.9999%的碲和镉按元素质量比1:1称量,并将料装入涂碳石英管内,在真空度小于4×10-4Pa下进行物料脱氧,再在真空度小于2×10-4Pa下密封石英管。然后将密封好的石英管放入合成炉内进行多晶合成。为防止合成时镉的迅速蒸发引起炸管,升温必须缓慢进行,因为在碲化镉的熔点,镉的蒸气压为1MPa。当温度升至800℃时恒温4h,然后缓慢升温到1100℃,整个合成时间为14h。
单晶生长 合成好的多晶料可用垂直布里支曼法,碲熔剂法、气相升华法、高压融体生长法等生长单晶。生长速度分别为2mm/h、3mm/h、0.2mm/h、5mm/h。垂直布里支曼法是现在常用于生长碲化镉单晶的方法,其生长示意图如图所示。
生长碲化镉单晶较困难,其原因是元素镉和元素碲在碲化镉生长温度都有较高蒸气压,因此晶体易偏离化学配比;另-个原因是镉易沾附石英安瓿。
CdTe太阳能电池作为大规模生产与应用的光伏器件,最值得关注的是环境污染问题。有毒元素Cd对环境的污染和对操作人员健康的危害是不容忽视的。我们不能在获取清洁能源的同时,又对人体和人类生存环境造成新的危害。有效地处理废弃和破损的CdTe组件,技术上很简单。而Cd是重金属,有剧毒,Cd的化合物与Cd一样有毒。其主要影响,一是含有Cd的尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成的危害;二是生产废水废物排放所造成的污染。因此,对破损的玻璃片上的Cd和Te应去除并回收,对损坏和废弃的组件应进行妥善处理,对生产中排放的废水、废物应进行符合环保标准的处理。目前各国均在大力研究解决CdTe薄膜太阳能电池发展的因素,相信上述问题不久将会逐个解决,从而使碲化镉薄膜电池成为未来社会新的能源成分之一。