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上一篇介绍了薄膜电池中最重要的辅材—TCO玻璃《从0到1生产光伏薄膜电池--TCO玻璃》，这一篇介绍现在商业化最成功也是未来最具潜力薄膜电池—碲化镉薄膜电池。

一、碲化镉薄膜电池的前世今生

首先，碲化镉薄膜发电原理和晶硅发电原理相似：都是当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P侧，电子漂移到N侧，形成光生电动势，外电路接通时，产生电流。最主要的区别还是构成PN结的材料不同，引起的从转化效率到组件物理特性以及使用寿命的不同。

1、 碲化镉材料特性

光伏电池技术之争，核心是转换效率的内卷，而转换效率的高低主要是由材料的带隙宽度和光吸收率决定的。带隙宽度是光子能被吸收的最低阈值，光吸收率决定了能被吸收的光子中得以利用的比率。带隙宽度是光子能被吸收的最低阈值；光吸收率决定了能被吸收的光子中得以利用的比率。

碲化镉，作为Ⅱ -Ⅳ族化合物半导体，直接带隙为 1.45eV，位于理想太阳能电池能隙范围，光吸收系数是硅的100倍，并且用寿命长（可达30年）、不会产生光致衰退效应、弱光效应好、轻薄美观，因此其具备成为优秀发电材料的理论基础，理论最高转换率达到了33%。虽然薄膜电池的理论转换效率要优于晶硅电池，但量产组件转换效率晶硅电池平均（23%左右）要高于碲化镉（15-18%）、铜铟镓硒（15-17%）电池。从这里也可以看出，薄膜电池还有很大的效率提升空间，也就是具有更大的降本潜力，未来薄膜电池商业化的核心是碲化镉材料的升级以及制备工艺的改善。

从下面图中也可以看出碲化镉薄膜电池每年衰退仅为0.2%,而晶硅电池每年衰退达到0.55%，也就是30年将衰退16%。

2、碲化镉技术发展历程

20世纪末，我国就开始进行薄膜电池理论研究，四川大学开始承担国家“九五”科技攻关及 “十五”863 重点项目，开始从事碲化镉薄膜太阳能电池相关研究。此后包括中科大、暨南大学、中科院电工所在内的多家院校机构也投身于相关技术的研发。

2001 年国际知名光伏专家吴选之带领团队创造了碲化镉薄膜电池光电转化效率 16.7%的世界纪录，随后其于 2008 年回国创立杭州龙焱能源公司，于 2017 年完成了国家“十二五”863 重点课题，电池转化效率达到了17.8%。

2011年潘锦功，新泽西理工大学留学深造，专注研究碲化镉薄膜，并发现诸多重大突破口，美国政府向潘锦功开出了百万年薪的高薪诱惑，但他执意带着“发电玻璃”的技术回国，成为第2个钱学森式的归国人才。潘锦功和他的阿波罗科技团队一直致力于研发清洁能源发电玻璃，为了把平板玻璃从建筑材料变成可发电可滤光的功能材料，潘锦功成立了成都中建材光电材料有限公司。2021 年，中建材采用的 CTF Solar 第二代发电玻璃技术将实验室转换效率提升到了 20.24%，基本与工业龙头 First Solar 持平。

二、碲化镉薄膜电池生产工艺

前面提到了，碲化镉量产的转化效率只有15-18%，远低于实验室效率，主要原因就是在生产工艺上：沉积薄膜时均匀性和稳定性的控制，衬底温度和腔内流体气氛决定了薄膜沉积的均匀性。

上篇从0到1生产光伏薄膜电池--TCO玻璃，我们已经从0生产出了TCO导电玻璃，已经达到了0.5，后面0.5-1步骤包括：沉积CdS薄膜->沉积CdTe薄膜->含氯气氛处理->激光划刻处理->封测。

相比于TCO导电玻璃的生产工艺，后面0.5-1的步骤相对单一，把碲化镉薄膜电池材料一层一层沉积上去，再进行刻划。

相比于晶硅的生产工艺，碲化镉薄膜电池集成化程度较高，多个制备进程可在同一个工厂完成，整个过程耗时较短，工序简单。而晶硅生产中从晶硅—硅片—电池片—组件过程往往需要在多个工厂经过多道工序。

1、关键工艺薄膜沉积

碲化镉薄膜电池工业生产主要采用近空间升华（CSS）和气象传输沉淀（VTD）两种方法制备，两种方法理论都是可以满足技术和商业化应用要求，不过实际应用中需要积累生产经验不断优化生产工艺。全球碲化镉薄膜电池制造商所在技术阵营看，美国 First Solar 公司是全球唯一一家采用气相输运沉积（VTD）技术的企业。VTD 技术是 First Solar 公司的专利技术，并严格禁止其他企业采用；近距离升华（CSS）技术由于技术公开，全球大部分企业都采用该项技术；成都中建材和龙焱能源均采用 CSS 技术，并已开发了部分自主知识产权技术，实现部分核心设备国产化。

CSS 通过将 CdTe 固体原材料加热至 450℃以上升华分解，再将其凝结至450~600℃的玻璃衬底上形成均匀的碲化镉薄膜，能够在约 1um/min 的沉积速率下得到高品质薄膜，是目前广为使用的方法。 成都中建材，成功开发出CSS法大面积碲化镉均匀镀膜技术和装备；杭州龙焱，采用改良型近距离升华法（CSS）沉积大面积CdTe薄膜技术，生产线上用的四十余台生产设备全部实现国产化。

如下是CSS升华法原理图，VTD 前期步骤与 CSS 类似，通过加热 CdTe 固体使其受热挥发出 CdTe 蒸汽，但不同的是再利用传输气体（氦气、氧气等）将 CdTe 蒸汽于基板表面凝集成膜。此种方法沉积速率较快，为美国 First Solar专利独有。

2、含氯气氛处理，通常指将所得 CdTe 薄膜置于 400℃的 CdCl2 气氛之中使其发生反应实现再结晶。未经过含氯气氛处理的 CdTe 太阳能电池，产生的短路电流较小，无法满足效率需求。通过 CdCl2 再处理，一方面可以增大晶粒尺寸，减少晶界缺陷，另一方面通过热处理优化界面结构，提高吸收层的载流子寿命，从而提升电流大小和效率。

3、激光划刻处理，通过把连续膜层分割成若干电池单体，再将电池串联集成实现开路电压和短路电流的提升。选用不同规格激光划刻 CdTe 薄膜时刻槽边缘形状不同，为令后续沉积层与接触层发挥良好的欧姆特性，应选用刻槽边缘较为平缓的激光进行划刻。

三、国内碲化镉薄膜电池领军企业

中建材公司 ：公司旗下成都中建材光材料有限公司致力于碲化镉薄膜电池领域拓展，目前中国建材公司和瑞昌中建材光电运营，总产能为300MW。在建生产基地8个。再加上2个新基地计划的产能，将推动2023年碲化镉发电玻璃总产能达到约2.2GW，2025年达到约5.8GW，是国内最大的CdTe薄膜电池生产商。

龙焱能源：2008 年由国际光伏专家吴选之教授等人创建，一直致力于在中国实现高效碲化镉薄膜太阳电池技术的产业化，成功打破国外技术垄断。 2011年10月，龙焱能源建成国内第一条具有完全独立自主知识产权和规模量产能力的全自动化碲化镉电池生产线，搭建起了中国第一条全自动化、全国产化、年设计产能达 40MW 的碲化镉薄膜太阳能电池组件生产线。2020年投产的产线效率更高，合计产能达130MW。

中山瑞科：成立于 2015 年 8 月，由明阳智能投资控股，在碲化镉薄膜电池领域深耕多年，专注于高效碲化镉薄膜太阳能电池的研发、生产、销售和整体解决方案。公司于2018 年年初建成年产 100MW 碲化镉薄膜组件生产线， 设备研发团队研制出拥有自主知识产权的核心真空镀膜设备，其中GVD设备为国内首创，填补我国在该领域的空白 。$洛阳玻璃(SH600876)$ $金晶科技(SH600586)$ $通威股份(SH600438)$ #薄膜电池#