理论教育 铜铟镓硒组件生产的挑战和前景

铜铟镓硒组件生产的挑战和前景

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:产业化铜铟镓硒组件的最高效率是14.3%。铜铟镓硒层的厚度通常为1~2.5μm[13]。铜铟镓硒层的组分通常是CuIn0.7 Ga0.3 Se2。铟的可获取性很可能是铜铟镓硒组件未来生产的绊脚石。每个铜铟镓硒晶胞平均含有2.8个铟原子,其质量为115原子质量单位。实际上,铜铟镓硒组件的最大瓦数将低于2100年能源需求的0.2%。目前,生产1GWp的铜铟镓硒组件需要大约25吨铟。以这种消耗速率来看,11000吨的铟储量大约只能生产出440GWp的铜铟镓硒组件。

铜铟镓硒组件生产的挑战和前景

产业化铜铟镓硒组件的最高效率是14.3%。铜铟镓硒层的厚度通常为1~2.5μm[13]。铜铟镓硒层的组分通常是CuIn0.7 Ga0.3 Se2。铜铟镓硒中每种元素在地球上的探明储量为:铜为680000000吨,铟为11000吨(美国地质调查局2008年数据),镓储量丰富但采掘困难,硒为98000吨[4]。铟的可获取性很可能是铜铟镓硒组件未来生产的绊脚石。

铜铟镓硒晶体为黄铜矿(chalcopyrite)结构,晶格常数为a=0.574nm,c=1.15nm。每个铜铟镓硒晶胞平均含有2.8个铟原子,其质量为115原子质量单位。从铟的储量就可以推算出地球上所能生产出的铜铟镓硒晶体的总体积。同样地,我们假设最理想的情况,铜铟镓硒层的厚度为1μm,那么就可以计算出铜铟镓硒太阳电池的总面积。在AM1.5光照条件下,铜铟镓硒组件的总瓦数为1.1TWp,或时均的输出约110~220GW,约为2100年时预期全球能源需求的0.34%。实际上,铜铟镓硒组件的最大瓦数将低于2100年能源需求的0.2%。

以两组早期的基于铟的储量来估算铜铟镓硒组件发电总量的分析,其所能产生的最大功率分别为90GWp[8]和120GWp[9]。相比于之前两种估算,我们给出了相对较好的远景,但显然仍是不够的。目前,生产1GWp的铜铟镓硒组件需要大约25吨铟。以这种消耗速率来看,11000吨的铟储量大约只能生产出440GWp的铜铟镓硒组件。(www.daowen.com)

此外,铟也被用于除铜铟镓硒外的其他半导体技术,例如平板显示器、发光二极管激光器和高压功率器件。这些半导体器件消耗的铟较少,且能卖出比铜铟镓硒太阳电池组件更高的价格,因此这些半导体产业可以比光伏产业承受更高价格的铟原料。除了可获取性,铟材料未来的价格也可能会变得高到难以承受。

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