CTDE太陽(yáng)能電池發(fā)展前景

2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology1薄膜太陽(yáng)能電池

技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)新澤西理工學(xué)院太陽(yáng)能電池研發(fā)中心美國(guó)新澤西理工學(xué)院薄膜太陽(yáng)能研究中心2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology2

1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出

第一塊商用太陽(yáng)能電池1954年2009年世界人口27億67億5千萬(wàn)+2.5倍石油價(jià)格2.8美元/桶81.6美元/桶+29倍汽車數(shù)量5千萬(wàn)輛2億7千萬(wàn)輛+5.4倍2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology3美國(guó)開(kāi)發(fā)多樣化的能源資源

來(lái)滿足不斷成長(zhǎng)的能源需求2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology4美國(guó)的能源結(jié)構(gòu)

美國(guó)能源部

2009年5月公布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology5美國(guó)政府的觀點(diǎn)在未來(lái)的十年中，美國(guó)會(huì)面對(duì)更高的油價(jià)。綠色能源將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命。美國(guó)要想繼續(xù)保持世界領(lǐng)袖地位，必須成為新能源領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。美國(guó)必須制定更為嚴(yán)格的二氧化碳排放政策。奧巴馬政府必須制定一系列新政策為美國(guó)的綠色能源建設(shè)打下政策基礎(chǔ)。保證政策不變。2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology6美國(guó)政府目前的對(duì)策美國(guó)在未來(lái)10年將投資1500億美元建立清潔能源工業(yè)。美國(guó)通過(guò)了新的2009年二氧化碳稅法案，15美元/噸，每年增加10美元稅率，5年后每年增加15美元稅率。對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品同樣適用美國(guó)政府強(qiáng)制大型電力公司在其產(chǎn)品中必須有10%-24%以上電力來(lái)自的再生能源。美國(guó)聯(lián)邦和州政府為安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)的所有家庭用戶提供50%以上的補(bǔ)貼。2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology7美國(guó)政府的具體措施

現(xiàn)有電網(wǎng)的強(qiáng)制性再生能源比例2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology8美國(guó)太陽(yáng)能行業(yè)的幾個(gè)數(shù)據(jù)投資：2001-2010年的太陽(yáng)能相關(guān)半導(dǎo)體行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資資金為45億美元，比以往增加1100%，而對(duì)傳統(tǒng)的半導(dǎo)體行業(yè)的投資則減少了30%。企業(yè)：美國(guó)太陽(yáng)能企業(yè)有200多家，大部分在2005年后成立。增長(zhǎng)：2001-2008年對(duì)太陽(yáng)能行業(yè)年增長(zhǎng)率超過(guò)40%。2009-2010年20%市場(chǎng)容量：從2000年的300MW增加到2010年的7.5GW。售價(jià)：硅系太陽(yáng)能板的零售價(jià)2002年7.5美元/瓦，降到2008年3美元/瓦。

2009年1.8美元/瓦。2010年1.7美元/瓦

2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology9太陽(yáng)能電池的終極目標(biāo)和技術(shù)解決思路太陽(yáng)能電池的終極目標(biāo)：A真正清潔能源 B社會(huì)可負(fù)擔(dān)的價(jià)格舉例：如果要產(chǎn)生1GW(一個(gè)核電機(jī)組）的電力，需要大約面積為5平方公里大小的太陽(yáng)能電池板。陽(yáng)光的能量密度約~1KW/m2，到達(dá)地面只有70%，而其中只有部分能量可以轉(zhuǎn)換為電力。20%可以認(rèn)為是非常好的商用轉(zhuǎn)換率。土地和系統(tǒng)都有成本。要取得好的成本效益，目前的技術(shù)有只2種解決思路。

1。電池的面積降到最小

2。電池的成本降到最低

2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology10為使電池面積最小—

研制聚焦型太陽(yáng)能電池2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology11高倍聚焦的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)80%2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology12國(guó)內(nèi)最好的聚焦系統(tǒng)3KW38%2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology13為使成本最低—

研制薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)該對(duì)昂貴的半導(dǎo)體材料的消耗要少。1%~10%（材料消耗少）應(yīng)該非常適合高度自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程（工藝成本低）。應(yīng)該在產(chǎn)品達(dá)到生命周期后可以回收再用（額外收益大）。碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池板硅和薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)鏈比較電站建設(shè)2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology15三種薄膜技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)點(diǎn)：硅薄膜沉積溫度低，可直接沉積在普通基材上。適合生產(chǎn)大面積太陽(yáng)能電池。5.6平米左右和晶硅太陽(yáng)能電池比節(jié)約原料。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率低，7-8%左右。工藝成本太高，生產(chǎn)線造價(jià)1-1.2億美金。技術(shù)瓶頸：沉積速度慢。光誘導(dǎo)衰減問(wèn)題是大難題，目前無(wú)根本解決方法2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology16非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology17三種薄膜技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)（2）銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)點(diǎn)：多晶異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池，反對(duì)的人少。4個(gè)元素安全環(huán)保，穩(wěn)定。目前實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率高，19.9%世界紀(jì)錄。缺點(diǎn)：技術(shù)多樣，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)工藝方法。4元化合物，工藝復(fù)雜，沉積速度慢。成本高。技術(shù)瓶頸：材料處理工藝問(wèn)題是大難題.大面積鍍膜的均勻度問(wèn)題。目前無(wú)很好解決方法.2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology18CIGS銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology19三種薄膜技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)（3）碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)點(diǎn)：第一種在工業(yè)規(guī)模上成本大大優(yōu)于所有其他材料的太陽(yáng)能電池技術(shù)，2010生產(chǎn)成本僅為0.80美元/W。和太陽(yáng)的光譜最一致，可吸收95%以上的陽(yáng)光。工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。標(biāo)準(zhǔn)工藝。低能耗，無(wú)污染，生命周期結(jié)束后，可回收。強(qiáng)弱光均可發(fā)電。復(fù)雜環(huán)境條件下表現(xiàn)好。目前實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率16.5%，目前工業(yè)化轉(zhuǎn)換效率11.4%。理論效率應(yīng)為28%。發(fā)展空間大。缺點(diǎn)：產(chǎn)品面世時(shí)間短，原材料特性認(rèn)識(shí)不充分問(wèn)題技術(shù)瓶頸：提高Voc，研發(fā)出提高轉(zhuǎn)換效率的工藝方法

2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology20

碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池電力系統(tǒng)需要穩(wěn)定性，一般情況下

三種技術(shù)工作穩(wěn)定性的對(duì)比2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology21紐瓦克市30年陽(yáng)光分布統(tǒng)計(jì)2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology222023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology23CTFTechnologyPresentationpage23實(shí)際工作環(huán)境下性能參數(shù)對(duì)比技術(shù)光照強(qiáng)度低高溫環(huán)境組件轉(zhuǎn)換率非晶硅++++-晶體硅--++碲化鎘++++平均值銅銦鎵硒--+根據(jù)EUPD2009年調(diào)查報(bào)告，碲化鎘技術(shù)與其他技術(shù)相比，擁有最好的相對(duì)優(yōu)勢(shì)排名。2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology24美國(guó)電網(wǎng)中的太陽(yáng)能電力成本比較目前從經(jīng)濟(jì)效益上看晶硅太陽(yáng)能電力價(jià)格和傳統(tǒng)電網(wǎng)電力價(jià)格比，尚無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力。但碲化鎘有實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)電價(jià)的可能。美國(guó)電網(wǎng)平均電價(jià) 0.086美元/度美國(guó)備用電網(wǎng)平均電價(jià)0.22美元/度美國(guó)平均晶硅太陽(yáng)能電價(jià) 0.27美元/度內(nèi)華達(dá)，12.兆瓦碲化鎘電站電價(jià)0.075美元/度美國(guó)能源部對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的期待價(jià)格是 0.10美元/度

2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology25碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池是近期最好的技術(shù)最優(yōu)化的單質(zhì)結(jié)能帶

理論:EG~1.56eV;

實(shí)際:EG~1.35–1.40eV直接能帶節(jié)約原料和成本~3m(2009)

和硅系材料厚度相比—100-300m

~0.7

m(2015)NRELRoadmap陽(yáng)光吸收指數(shù)最高。95%以上。材料的結(jié)構(gòu)和處理過(guò)程簡(jiǎn)單碲化鎘是2種材料的合成，比銅銦鎵硒4種元素合成簡(jiǎn)單系統(tǒng)工作穩(wěn)定性好已進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。（第一太陽(yáng)能）2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology26從產(chǎn)能，市值數(shù)據(jù)對(duì)比

看資本市場(chǎng)的態(tài)度排名企業(yè)產(chǎn)能股價(jià)市值3無(wú)錫尚德(STP)590MW$10.921.96B7江西賽維LDK360MW$5.950.78B11保定英力(YGE)400MW$12.081.80B12南京中能(CSUN)390MW$3.850.17B14上海京澳(JASO)175MW$6.080.98B總計(jì)1915MW4.99B4第一太陽(yáng)能484MW$133.2111.36B2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology27美國(guó)過(guò)去3年中銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池

大規(guī)模的風(fēng)險(xiǎn)資金投入

Solyndra $6億美元 CMEA，Redpoint等

Nanosolar $5億美元 LarryPage

等Miasole $3億美元 KPCB，firelake等SoloPower $2.3億美元 Convexa等Sulfurcell $1.7億美元 Intel，masdar等

（全部是CIGS）BIPV市場(chǎng)應(yīng)用舉例2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology28紐約的太陽(yáng)能電池綠色陽(yáng)臺(tái)2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology29功能性薄膜太陽(yáng)能電站2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology30集群式小型薄膜太陽(yáng)能電站2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology31建筑一體化太陽(yáng)能幕墻2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology32紐約垃圾處理廠薄膜太陽(yáng)能電站屋頂2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology33停車場(chǎng)2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology34納斯達(dá)克大樓太陽(yáng)能幕墻2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology35幕墻式太陽(yáng)能電站2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology36紐約旅館太陽(yáng)能光伏幕墻2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology37薄膜太陽(yáng)能電池板符合建筑美學(xué)2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology382023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology39分析碲化鎘太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)成看國(guó)際市場(chǎng)上中建材的機(jī)遇背電極P極-碲化鎘N極-硫化鎘導(dǎo)電氧化膜

基板玻璃光發(fā)生率基材玻璃占成本的53%，碲化鎘及輔助原料占成本的47%TimGessertGeneralPVEnergyTalk,DateBackground國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)商用玻璃的需求Source:BrentNelson,NREL預(yù)計(jì)2020年光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)玻璃的需求達(dá)到4-5億平米約為2005年全球玻璃產(chǎn)量Note:8x107m2=4bigfloatlinesof3-mmglass2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology41碲化鎘組件擁有非常高的轉(zhuǎn)換率提升潛力。中期目標(biāo)轉(zhuǎn)換率TimeLine20092013201511%12%15%當(dāng)前水平近期優(yōu)化18%未來(lái)預(yù)計(jì)2011鍍層優(yōu)化提升玻璃透光性持續(xù)的改進(jìn)優(yōu)化刻槽技術(shù)全新的電池和儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)國(guó)際光伏技術(shù)提升路徑2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology42國(guó)際市場(chǎng)對(duì)未來(lái)碲化鎘電池尺寸要求碲化鎘技術(shù)可以適應(yīng)浮法玻璃尺寸優(yōu)化邊緣。這在未來(lái)光伏建筑一體化市場(chǎng)上，配合客戶對(duì)基板尺寸要求方面有優(yōu)勢(shì)。3.2mx6,0m未來(lái)1.2mx1.6m當(dāng)前0.6mx1.2m中試2015尺寸年200020102005中國(guó)的光伏建筑一體化市場(chǎng)的前景目前中國(guó)有大約500億平方米的建筑表面，如果我們能將10%的建筑面積轉(zhuǎn)化為光伏建筑一體化材料，將是250GW的市場(chǎng)。以目前世界產(chǎn)能需要生產(chǎn)20年。如果只是將現(xiàn)有每年新建建筑的1%的外墻建筑面積轉(zhuǎn)化為光伏建筑一體化材料，將是2GW的市場(chǎng)。目前的光伏建筑一體化材料尚無(wú)國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，誰(shuí)創(chuàng)造標(biāo)準(zhǔn)，誰(shuí)主導(dǎo)市場(chǎng)！2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology432023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology44中建發(fā)展碲化鎘薄膜電池的

得天獨(dú)厚優(yōu)勢(shì)有建立標(biāo)準(zhǔn)的政策優(yōu)勢(shì)行業(yè)領(lǐng)袖，亞洲最大玻璃制造商，全球最大水泥生產(chǎn)商。有快速進(jìn)入市場(chǎng)的有力行業(yè)優(yōu)勢(shì)建材行業(yè)的先天優(yōu)勢(shì)，把握光伏建筑一體化市場(chǎng)。央企間強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的整合優(yōu)勢(shì)，比如并網(wǎng)發(fā)電。有降低成本擴(kuò)大市場(chǎng)的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)有能力降低現(xiàn)有基材玻璃的生產(chǎn)成本有新技術(shù)新材料研發(fā)優(yōu)勢(shì)中國(guó)乃至亞洲最強(qiáng)的研究院和技術(shù)儲(chǔ)備。2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology45碲化鎘太陽(yáng)能電池發(fā)展的2個(gè)誤區(qū)誤區(qū)1，碲原料稀缺，無(wú)法保證碲化鎘太陽(yáng)能電池的不斷增產(chǎn)的需求。在過(guò)去，碲是以銅，鉛，鋅等礦山的伴生礦副產(chǎn)品形式，也就是礦渣，以及冶煉廠的陽(yáng)極泥等廢料的形式存在。碲化鎘太陽(yáng)能電池的不斷成長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，無(wú)法得到原料的保證。答案。中國(guó)四川發(fā)現(xiàn)了世界上唯一的，獨(dú)立存在的碲礦，目前已探明的儲(chǔ)藏量為2000多噸。已經(jīng)可供全球可用50年。碲化鎘電池每瓦用量為0.1克。（瑞士銀行的分析報(bào)告）2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology46碲化鎘太陽(yáng)能電池的2個(gè)誤區(qū)誤區(qū)2。碲化鎘太陽(yáng)能電池在生產(chǎn)和使用過(guò)程中的萬(wàn)一有排放和污染，危害環(huán)境怎么辦？太陽(yáng)能級(jí)高純碲化鎘是由高純碲和鎘在高溫密閉的惰性氣體，還原性氣體和真空環(huán)境中反應(yīng)得到的。反應(yīng)容器為石英管，在這一反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)回收清洗液中的碲和鎘，回收使用過(guò)的碲化鎘太陽(yáng)能電池，可實(shí)現(xiàn)零排放。（見(jiàn)文獻(xiàn)2006歐洲文集）美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室做過(guò)碲化鎘高溫燃燒試驗(yàn)，溫度為760-1100度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)每100萬(wàn)千瓦，釋放的鎘總量極限為0.01克。目前的火力發(fā)電廠排放的鎘大大高于碲化鎘電池。生產(chǎn)一節(jié)鎳鎘電池需用10克鎘，而峰值功率100瓦的一平米太陽(yáng)能電池，僅用7克鎘。每產(chǎn)生一度電，鎳鎘電池需消耗3265毫克金屬鎘，而碲化鎘太陽(yáng)能電池僅需1.3毫克。二者相差2000倍。碲化鎘不是單獨(dú)的鎘元素。碲化鎘是穩(wěn)定的。答案：同鎘在其他方面的應(yīng)用相比，鎘在碲化鎘太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用是最安全和環(huán)保的，目前還沒(méi)有對(duì)環(huán)境有危害的報(bào)道。 2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology47碲化鎘電池的政府支持碲化鎘太陽(yáng)能電池技術(shù)以他特有的優(yōu)勢(shì)，得到了多國(guó)政府支持。美國(guó)政府支持，開(kāi)放市場(chǎng)。多個(gè)發(fā)電廠。德國(guó)政府支持，歐盟獎(jiǎng)。多個(gè)建設(shè)項(xiàng)目。中國(guó)政府支持，建立世界最大的電站。日本政府支持，曾經(jīng)禁止，現(xiàn)在重建發(fā)電站。2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology48第一太陽(yáng)能公司的歷史經(jīng)驗(yàn)歷史變遷哈納德博士1948年代建立玻璃公司，研發(fā)生產(chǎn)鋼化玻璃和彎曲玻璃（電視機(jī)用玻璃）。結(jié)果遇到50年代美國(guó)汽車工業(yè)迅速發(fā)展，挖到第一桶金。69年成為世界第三大電視機(jī)和汽車玻璃生產(chǎn)商。哈納德博士1971年建立GT玻璃技術(shù)公司專門做汽車鋼化玻璃。哈納德博士1984年建立GT太陽(yáng)能公司生產(chǎn)薄膜太陽(yáng)能電池。先做硅薄膜，后來(lái)放棄，87年把GT玻璃公司賣了一億美金，專心做碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池。由于幾次瀕臨破產(chǎn)，99年沃爾瑪約翰沃頓投資4000萬(wàn)美金。改名第一太陽(yáng)能。2006年12月上市，2009年成為世界第一大薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商。2023/2/1NewJerseyInstituteofTechnology49四方面因素幫助第一太陽(yáng)能成功1。技術(shù)和人才積累雖然第一太陽(yáng)能99年成立，但技術(shù)貯備從50年代就開(kāi)始了，嘗試過(guò)多種技術(shù)方法，還是玻璃制造業(yè)的專家。2。耐心的投資人沃頓于99年投入4000萬(wàn)美金。和公司一起渡過(guò)頭幾年的艱難歲月。沒(méi)有像普通風(fēng)投3-5