理论教育 薄膜硅太阳电池发展的限制因素及展望

薄膜硅太阳电池发展的限制因素及展望

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在最高效率9.8%和AM 1.5的条件下,薄膜硅太阳电池的最大瓦数被限制在404GWp左右,等效于40~81GW的时均输出功率,大致相当于2100年预期能源需求量的0.13%。如果开发出地球储量丰富的铟或氧化铟锡替代物,银有可能变成薄膜硅太阳电池发展的下一个限制因素。晶体硅太阳电池未来取决于两个因素:如在5.4节所讨论的采用地球高丰度元素取代银电极和降低晶体硅生产过程所需的能耗。

薄膜硅太阳电池发展的限制因素及展望

薄膜硅太阳电池生产过程中所需的能耗明显低于晶体硅太阳电池,但薄膜硅太阳电池通常采用银作为背反射层和氧化铟锡作为透明导电电极[13],因而也受到资源的限制。银和铟的储量分别是540000吨和11000吨[4]。铟的可获取性将是未来薄膜硅组件生产的绊脚石。

氧化铟锡的晶体是体心立方结构,每个晶胞包含80个原子,包括48个氧原子以及32个铟和锡原子,其晶格常数为1.01nm。氧化铟锡中最大的锡/铟比约为10%。根据铟的储量可以推算出地球上所能生产的氧化铟锡材料的最大体积约为

如果薄膜硅太阳电池中的氧化铟锡层的厚度为0.5μm,则氧化铟锡的最大可能面积为4.12×109 m2。目前产业化薄膜硅组件的最高效率约为9.8%。在最高效率9.8%和AM 1.5的条件下,薄膜硅太阳电池的最大瓦数被限制在404GWp左右,等效于40~81GW的时均输出功率,大致相当于2100年预期能源需求量的0.13%。

如果开发出地球储量丰富的铟或氧化铟锡替代物,银有可能变成薄膜硅太阳电池发展的下一个限制因素。假设银背反射层的厚度为2μm,那么银的储量所允许的背反射层最大面积约为2.57×1010 m2。对应生产出的薄膜硅太阳电池的最大功率为2.5TWp,等价于250~500GW的时间平均输出。这相当于2100年预期能源需求的约0.78%。

薄膜硅太阳电池与晶体硅太阳电池竞争银,也与铜铟镓硒太阳电池竞争铟。采用相同量的银,晶体硅太阳电池可以生产的电力是薄膜硅的4倍(10.3TWp对2.5TWp)。类似的,采用相同量的铟,铜铟镓硒太阳电池可以生产的电力是薄膜硅的2.7倍(1.1TWp对比404GWp)。把这些有限的资源更高效率的使用将更为理想,也就是用在晶体硅和铜铟镓硒太阳电池中。

然而,薄膜硅组件远景的展望具有一定的不确定性。碲化镉和铜铟镓硒组件由于原材料的限制而不大可能达到太瓦级规模。晶体硅太阳电池未来取决于两个因素:如在5.4节所讨论的采用地球高丰度元素取代银电极和降低晶体硅生产过程所需的能耗。如果上述两种努力之一失败,并且如果氧化铟锡和银的替代材料发展起来了,那么薄膜硅组件可能变成唯一具有太瓦级规模应用能力的技术,即使其成本保持较高且效率保持较低。(www.daowen.com)

如果薄膜硅太阳电池中的氧化铟锡层的厚度为0.5μm,则氧化铟锡的最大可能面积为4.12×109 m2。目前产业化薄膜硅组件的最高效率约为9.8%。在最高效率9.8%和AM 1.5的条件下,薄膜硅太阳电池的最大瓦数被限制在404GWp左右,等效于40~81GW的时均输出功率,大致相当于2100年预期能源需求量的0.13%。

如果开发出地球储量丰富的铟或氧化铟锡替代物,银有可能变成薄膜硅太阳电池发展的下一个限制因素。假设银背反射层的厚度为2μm,那么银的储量所允许的背反射层最大面积约为2.57×1010 m2。对应生产出的薄膜硅太阳电池的最大功率为2.5TWp,等价于250~500GW的时间平均输出。这相当于2100年预期能源需求的约0.78%。

薄膜硅太阳电池与晶体硅太阳电池竞争银,也与铜铟镓硒太阳电池竞争铟。采用相同量的银,晶体硅太阳电池可以生产的电力是薄膜硅的4倍(10.3TWp对2.5TWp)。类似的,采用相同量的铟,铜铟镓硒太阳电池可以生产的电力是薄膜硅的2.7倍(1.1TWp对比404GWp)。把这些有限的资源更高效率的使用将更为理想,也就是用在晶体硅和铜铟镓硒太阳电池中。

然而,薄膜硅组件远景的展望具有一定的不确定性。碲化镉和铜铟镓硒组件由于原材料的限制而不大可能达到太瓦级规模。晶体硅太阳电池未来取决于两个因素:如在5.4节所讨论的采用地球高丰度元素取代银电极和降低晶体硅生产过程所需的能耗。如果上述两种努力之一失败,并且如果氧化铟锡和银的替代材料发展起来了,那么薄膜硅组件可能变成唯一具有太瓦级规模应用能力的技术,即使其成本保持较高且效率保持较低。

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