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與晶硅光伏電池“脫鉤”?美國(guó)大力推動(dòng)薄膜電池技術(shù)

時(shí)間:2021-08-19 17:55來源:國(guó)際能源小數(shù)據(jù) 作者:水下看魚
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據(jù)Grist.org網(wǎng)站報(bào)道,如今覆蓋屋頂、田野和沙漠的大多數(shù)太陽(yáng)能電池板都有相同的成分:晶體硅。其原材料是多晶硅,被加工成晶圓并制成光伏電池,將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。但是近年來,太陽(yáng)能行業(yè)對(duì)這種單一技術(shù)的依賴正在成為一種負(fù)擔(dān),供應(yīng)鏈瓶頸正在減緩全球部署新太陽(yáng)能裝機(jī)的速度。


 

幸運(yùn)的是,晶體硅并不是唯一可以利用太陽(yáng)能量的材料。在美國(guó),科學(xué)家和制造商正在努力擴(kuò)大碲化鎘太陽(yáng)能技術(shù)的生產(chǎn)。碲化鎘是一種“薄膜”太陽(yáng)能電池,顧名思義,它比傳統(tǒng)的硅電池薄得多。如今,使用碲化鎘的電池板供應(yīng)了美國(guó)公用事業(yè)規(guī)模市場(chǎng)的40%左右,以及全球太陽(yáng)能市場(chǎng)的5%左右。


能源咨詢公司W(wǎng)ood Mackenzie指出,光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了非常不穩(wěn)定的時(shí)期,尤其是對(duì)晶體硅供應(yīng)鏈而言。未來一年,碲化鎘制造商有很大的潛力占據(jù)更多的市場(chǎng)份額。


今年6月,美國(guó)太陽(yáng)能制造商First solar表示將在俄亥俄州西北部投資6.8億美元建設(shè)第三家碲化鎘太陽(yáng)能工廠。2025年該設(shè)施建成后,該公司將能夠生產(chǎn)6吉瓦的太陽(yáng)能電池板。這足以為大約100萬(wàn)美國(guó)家庭供電。另一家位于俄亥俄州的托萊多太陽(yáng)能公司最近進(jìn)入市場(chǎng),正在為住宅屋頂生產(chǎn)碲化鎘電池板。美國(guó)能源部及其國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)啟動(dòng)了一項(xiàng)2000萬(wàn)美元的計(jì)劃,以加速碲化鎘的研究和供應(yīng)鏈的發(fā)展,目標(biāo)是幫助美國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)發(fā)展免受全球供應(yīng)鏈的限制。


NREL和First Solar的研究人員自20世紀(jì)90年代初開始合作開發(fā)碲化鎘技術(shù)。鎘和碲分別是冶煉鋅礦石和精煉銅的副產(chǎn)品。硅晶片被連接在一起制成電池,鎘和碲被作為一層薄薄的材料——大約是人頭發(fā)直徑的十分之一——與其他導(dǎo)電材料一起應(yīng)用到玻璃上。First Solar是目前世界上最大的薄膜制造商,向45個(gè)國(guó)家出口薄膜電池組件。


NREL的科學(xué)家洛雷爾·曼斯菲爾德(Lorelle Mansfield)說,與晶體硅相比,該技術(shù)具有某些優(yōu)勢(shì)。例如,薄膜工藝比基于晶圓的方法需要更少的材料。薄膜技術(shù)也非常適合用于柔性面板,如覆蓋背包或無人機(jī)的面板,或集成到建筑外墻和窗戶中的面板。重要的是,薄膜面板在高溫下性能更好,而硅面板可能過熱導(dǎo)致發(fā)電效率變低。


但晶體硅在其他領(lǐng)域占上風(fēng),比如它們的平均效率(太陽(yáng)能電池板吸收并轉(zhuǎn)化為電能的陽(yáng)光百分比)較高。從歷史上看,硅電池板的效率高于碲化鎘技術(shù),但差距正在縮小。今天工業(yè)生產(chǎn)的硅電池板的效率可以達(dá)到18%到22%,而First Solar報(bào)告其最新商業(yè)電池板的平均效率為18%。


不過,硅主宰全球市場(chǎng)的主要原因相對(duì)簡(jiǎn)單:一切都?xì)w結(jié)為成本。生產(chǎn)每瓦太陽(yáng)能的晶體硅成本約為0.24至0.25美元,低于其他技術(shù)路徑。First Solar表示,它不再報(bào)告生產(chǎn)碲化鎘電池板的每瓦成本,只是自2015年以來成本“大幅下降”(當(dāng)時(shí)該公司報(bào)告的成本為每瓦0.46美元),并且每年都在下降。多晶硅原材料也用于電腦和智能手機(jī),比鎘和碲的供應(yīng)更廣泛,價(jià)格也更低。隨著硅面板和相關(guān)組件工廠的擴(kuò)大,制造和安裝這項(xiàng)技術(shù)的總成本已經(jīng)下降,目前世界晶硅制造供應(yīng)鏈的80%左右都在中國(guó)。


隨著制造業(yè)的擴(kuò)張,碲化鎘和其他薄膜技術(shù)的每瓦特成本預(yù)計(jì)也會(huì)下降。First Solar表示,當(dāng)其俄亥俄州的新生產(chǎn)線設(shè)施啟用時(shí),該公司將在整個(gè)太陽(yáng)能市場(chǎng)上提供最低的每瓦成本。但成本并不是唯一重要的指標(biāo),太陽(yáng)能行業(yè)當(dāng)前面臨的供應(yīng)鏈問題表明了這一點(diǎn)。


First Solar首席執(zhí)行官馬克·維德馬爾(Mark Widmar)表示,該公司計(jì)劃耗資6.8億美元進(jìn)行擴(kuò)張,這是為建立自給自足的供應(yīng)鏈和使美國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)與中國(guó)“脫鉤”而做出的更大努力的一部分。該公司現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池板回收計(jì)劃允許其多次重復(fù)使用材料,進(jìn)一步減少對(duì)外國(guó)供應(yīng)鏈和原材料的依賴。


First Solar和NREL的科學(xué)家們繼續(xù)測(cè)試和改進(jìn)碲化鎘技術(shù),合作開發(fā)了一種新方法,將薄膜材料與銅和氯“摻雜”,以實(shí)現(xiàn)更高的效率。NREL宣布了在科羅拉多州Golden的戶外設(shè)施進(jìn)行的為期25年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果。一個(gè)由碲化鎘面板組成的12個(gè)面板陣列以其原始效率的88%運(yùn)行,與硅系統(tǒng)的性能一致。NREL表示其目標(biāo)不是用碲化鎘取代晶體硅,也不是建立一種優(yōu)于另一種的技術(shù),它們?cè)谑袌?chǎng)上都有一席之地,而且它們都有各自的應(yīng)用。

(責(zé)任編輯:子蕊)
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