薄膜电池行业报告：碲化镉电池、铜铟镓硒电池、BAPV+BIPV（39页）

行业报告下载 2022年09月13日 07:50 管理员

薄膜太阳能电池主要指在绝缘的半导体玻璃表面涂覆一层串联的化合物薄膜电池组件（如碲化镉、铜铟镓硒及砷化镓薄膜等），在受到太阳光照射后，将光能转化为电能。薄膜电池通过将玻璃和光电材料有机结合，使得建筑材料实现自主发电，因此被称为“发电玻璃”。目前的薄膜太阳能电池市场中，碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池产量最高，商业化技术也最为成熟；铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池近年来产量也在持续提升；而硅基薄膜电池和其他非晶硅薄膜电池由于转化效率较低在逐渐被市场淘汰。不同于晶硅光伏产业的快速发展，薄膜电池产业整体发展较为缓慢，且主要为美国 First Solar 一家拉动。2021 年全球薄膜太阳能产量约为 8.28GW，同比增长 27.7%。碲化镉薄膜电池的基本原理是由太阳光子与半导体相互作用产生电势输出电能。主要由 5 层结构组成：玻璃层、透明导电氧化层(TCO 层)、硫化镉(CdS)窗口层、碲化镉(CdTe)吸收层、背接触层和背电极层。CdTe 吸收层和 CdS 窗口层结合形成 p-n 结，当光照到 p-n 结时吸收层电子跃迁到导带（固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围）同时在价带（已充满电子的原子轨道能级所形成的低能量带）中产生空穴，致使 p-n 结产生电子-空穴对，空穴聚集将增强 p 型电导。

此时将外电路与 p-n 结连通，就可将产生的电流通过由 TCO 层薄膜和玻璃背板连接的电极引出，实现发电。材料的带隙宽度和光吸收率决定了发电效率。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。阳光照射时仅有能量大于带隙宽度的光子能被半导体吸收，最佳带隙范围一般在 1.4eV 左右。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，光吸收系数为 105 /cm-2，因此其具备成为优秀发电材料的理论基础。制作碲化镉薄膜电池组件时仅需涂抹 2 微米厚的 CdTe 薄膜，就可以使得组件在 AM1.5 条件（组件温度 25℃，光照为每平方米 1000 瓦，大气质量为 AM1.5）下吸收 99%的太阳光，最高理论转换效率高达 32.8%。碲化镉薄膜电池生产集成化程度较高，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。