与晶硅光伏电池脱钩？美国大力推动薄膜电池技术

　　据Grist。org网站报道，如今覆盖屋顶、田野和沙漠的大多数太阳能电池板都有相同的成分：晶体硅。其原材料是多晶硅，被加工成晶圆并制成光伏电池，将阳光转化为电能。但是近年来，太阳能行业对这种单一技术的依赖正在成为一种负担，供应链瓶颈正在减缓全球部署新太阳能装机的速度。
　　幸运的是，晶体硅并不是唯一可以利用太阳能量的材料。在美国，科学家和制造商正在努力扩大碲化镉太阳能技术的生产。碲化镉是一种薄膜太阳能电池，顾名思义，它比传统的硅电池薄得多。如今，使用碲化镉的电池板供应了美国公用事业规模市场的40左右，以及全球太阳能市场的5左右。
　　能源咨询公司WoodMackenzie指出，光伏产业进入了非常不稳定的时期，尤其是对晶体硅供应链而言。未来一年，碲化镉制造商有很大的潜力占据更多的市场份额。
　　今年6月，美国太阳能制造商Firstsolar表示将在俄亥俄州西北部投资6。8亿美元建设第三家碲化镉太阳能工厂。2025年该设施建成后，该公司将能够生产6吉瓦的太阳能电池板。这足以为大约100万美国家庭供电。另一家位于俄亥俄州的托莱多太阳能公司最近进入市场，正在为住宅屋顶生产碲化镉电池板。美国能源部及其国家可再生能源实验室（NREL）启动了一项2000万美元的计划，以加速碲化镉的研究和供应链的发展，目标是帮助美国太阳能市场发展免受全球供应链的限制。
　　NREL和FirstSolar的研究人员自20世纪90年代初开始合作开发碲化镉技术。镉和碲分别是冶炼锌矿石和精炼铜的副产品。硅晶片被连接在一起制成电池，镉和碲被作为一层薄薄的材料大约是人头发直径的十分之一与其他导电材料一起应用到玻璃上。FirstSolar是目前世界上最大的薄膜制造商，向45个国家出口薄膜电池组件。
　　NREL的科学家洛雷尔曼斯菲尔德（LorelleMansfield）说，与晶体硅相比，该技术具有某些优势。例如，薄膜工艺比基于晶圆的方法需要更少的材料。薄膜技术也非常适合用于柔性面板，如覆盖背包或无人机的面板，或集成到建筑外墙和窗户中的面板。重要的是，薄膜面板在高温下性能更好，而硅面板可能过热导致发电效率变低。
　　但晶体硅在其他领域占上风，比如它们的平均效率（太阳能电池板吸收并转化为电能的阳光百分比）较高。从历史上看，硅电池板的效率高于碲化镉技术，但差距正在缩小。今天工业生产的硅电池板的效率可以达到18到22，而FirstSolar报告其最新商业电池板的平均效率为18。
　　不过，硅主宰全球市场的主要原因相对简单：一切都归结为成本。生产每瓦太阳能的晶体硅成本约为0。24至0。25美元，低于其他技术路径。FirstSolar表示，它不再报告生产碲化镉电池板的每瓦成本，只是自2015年以来成本大幅下降（当时该公司报告的成本为每瓦0。46美元），并且每年都在下降。多晶硅原材料也用于电脑和智能手机，比镉和碲的供应更广泛，价格也更低。随着硅面板和相关组件工厂的扩大，制造和安装这项技术的总成本已经下降，目前世界晶硅制造供应链的80左右都在中国。
　　随着制造业的扩张，碲化镉和其他薄膜技术的每瓦特成本预计也会下降。FirstSolar表示，当其俄亥俄州的新生产线设施启用时，该公司将在整个太阳能市场上提供最低的每瓦成本。但成本并不是唯一重要的指标，太阳能行业当前面临的供应链问题表明了这一点。
　　FirstSolar首席执行官马克维德马尔（MarkWidmar）表示，该公司计划耗资6。8亿美元进行扩张，这是为建立自给自足的供应链和使美国太阳能产业与中国脱钩而做出的更大努力的一部分。该公司现有的太阳能电池板回收计划允许其多次重复使用材料，进一步减少对外国供应链和原材料的依赖。
　　FirstSolar和NREL的科学家们继续测试和改进碲化镉技术，合作开发了一种新方法，将薄膜材料与铜和氯掺杂，以实现更高的效率。NREL宣布了在科罗拉多州Golden的户外设施进行的为期25年的现场测试结果。一个由碲化镉面板组成的12个面板阵列以其原始效率的88运行，与硅系统的性能一致。NREL表示其目标不是用碲化镉取代晶体硅，也不是建立一种优于另一种的技术，它们在市场上都有一席之地，而且它们都有各自的应用。