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智能“发电玻璃”取得重大技术突破:产品进入产业化时代

摘自:未知   时间:2020-05-29 09:00    浏览:    

近日,由成都中建材光电材料有限公司承担的科技支撑计划项目取得重大关键技术突破,新技术在降低制造成本的同时,大幅提高了光电转换效率。运用该项技术生产的大面积(1.92 m2)碲化镉薄膜弱光发电玻璃,填补了国内智能“发电玻璃”空白。

“发电玻璃”又叫碲化镉薄膜太阳能电池,是绿色、可回收、可发电的多功能建筑材料,被誉为“挂在墙上的油田”。第一个碲化镉薄膜太阳能电池是由RCA实验室在CdTe单晶上镀上In的合金制得的,其光电转换效率为2.1%。1982年,Kodak实验室用化学沉积法在P型的CdTe上制备一层超薄的CdS,制备了效率超过10%的异质结p-CdTe/n-CdS薄膜太阳能电池。这是现阶段碲化镉薄膜太阳能电池的原型。20世纪90年代初,碲化镉薄膜太阳能电池已实现了规模化生产,但市场发展缓慢,市场份额一直徘徊在1%左右。目前碲化镉薄膜太阳能电池在实验室中获得的最高光电转换效率已达到17.3% 。其商用模块的转换效率也达到了10%左右。我国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。内蒙古大学采用蒸发技术、北京太阳能研究所采用电沉积技术(ED)研究和制备碲化镉薄膜太阳能电池,后者研制的电池转换效率达到了5.8%。80年代中期至90年代中期,研究工作处于停顿状态。90年代后期,四川大学太阳能材料与器件研究所,在冯良桓教授的带领下在我国开展了碲化镉薄膜太阳能电池的研究,在“九五”期间,承担了科技部资助的科技攻关计划课题:“Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制”,教授采用近空间升华技术研究碲化镉薄膜太阳能电池,并取得很好的成绩。最近电池转换效率已经突破13.38%,进入了世界先进行列。“十五”期间,CdTe电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目。

经过多年几代科学工作者的不懈努力,我国正处于实验室基础研究到应用产业化的快速发展阶段,CdTe电池的研究,从原来的只有内蒙古大学、四川大学、新疆大学等几家科研院所进行,到今年的四川阿波罗太阳能科技开发股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太阳能电池核心材料产业化(为期两年,将建设拥有年产碲化镉50吨的生产线、硫化镉10吨生产线),使我国在CdTe电池产业化将得到长足发展,从而使我国碲化镉薄膜太阳能电池产业快速步入世界先进行列。

经过多年的艰苦攻关,研发团队在关键技术攻关上取得重大突破,一是采用独特的石墨舟设计以及控制薄膜沉积腔体中的气氛运动方向,实现在同一个腔体内连续的沉积硫化镉和碲化镉薄膜。二是采用加热管逐级加热的方式,有效的保证了大尺寸玻璃衬底的温度均匀性,解决了大面积硫化镉与碲化镉薄膜均匀性沉积问题,全面积膜层均匀性可控制在10%以内,解决了产品尺寸的限制,产品尺寸可以由典型的1.2米×0.6米增加到1.6米×1.2米,这将降低电池组件应用中的安装成本。三是采用不同材料先后沉积镀膜的方式制作碲化镉薄膜太阳能电池的非铜基背接触,有效的保障了电池的长期稳定性。

项目获得了2项国家发明专利,7项国家实用新型专利。上述关键技术的突破,使得小面积电池性能明显提高,转化效率达到17.81 %,组件级电池转化效率达到13 %以上,输出功率达到251.484 Wp,组件成本测算在2.8-2.9 元/瓦。

目前,四川具有自主知识产权的大面积碲化镉薄膜发电玻璃生产线已经正式投产,一块1.92m2的玻璃,一年可发电260—270度。这种颠覆性玻璃的推广应用,有望取代所有普通玻璃幕墙,让建造物全部都变成发电站,为大规模光伏建筑一体化的实施奠定了坚实基础。

·关于成都中建材光电材料有限公司

成都中建材光电材料有限公司位于双流区西航港经济开发区空港二路558号,成立于2009年12月16日,注册资本2.337亿元,系央企控股高科技企业。公司依托中国建材集团在世界建筑材料行业的领先技术与市场优势,致力于碲化镉弱光发电玻璃的研发与产业化,高纯金属半导体材料的生产与销售以及光伏系统的设计、安装和运营。在国家战略的引领下,公司完成了光电材料上下游产业链整合,未来将形成以碲化镉弱光发电玻璃为核心,稀散金属材料和石墨烯材料为重要支撑的三大业务板块,打造四川新的经济增长点,助力中国新能源、新材料产业腾飞。

世界第一条拥有自主知识产权工业4.0的年产100兆瓦碲化镉弱光发电玻璃示范生产线,也是世界第一条能够制备大面积碲化镉发电玻璃的生产线,解决了高纯光电材料合成、镀膜、热处理、封装等方面的技术难题,是建材领域的一场技术革命,打破了西方的技术封锁,填补了我国没有规模化碲化镉弱光发电玻璃生产线的技术空白。这条生产线使中国从建筑玻璃大国提升到电子玻璃强国,为下一步进入半导体强国做好了技术准备,引领出一个全新的智能化的新型绿色建材新工业。生产线已获得国家发改委 “增强制造业核心竞争力重大工程”专项支持1.59亿元。

成功下线的碲化镉弱光发电玻璃是最有希望实现完全平价上网的新能源产品,在新型建筑材料领域具有巨大的发展空间,是用科技创新推动供给侧结构性改革的典范。公司的大尺寸碲化镉发电玻璃一经问世就引起全球的广泛关注,国产美女精品自在线拍的技术引领了碲化镉产业界一个新的世界技术潮流。现已实现实验室转换效率17.8%,小组件转化效率14.5%,为国内领先水平。