sales@solarbuy.com

МОЙ АККАУНТКорзинакотировка

$0.00
Привет, мир!

Солнечные панели CdTe и CIGS: различия, производительность и применение

Солнечные панели CdTe и CIGS — это два известных типа тонкопленочных панелей, причем первые доминируют в этом сегменте рынка, а вторые следуют сразу за ними.

Эти два типа панелей обладают разными характеристиками, преимуществами и недостатками. В этой статье мы сравним их по нескольким аспектам, которые больше всего беспокоят пользователей.

Повторяя основы: состав, структура и производство

Понимание основ тонкопленочных солнечных панелей CdTe и CIGS имеет решающее значение для понимания того, как они работают в реальных условиях и для каких применений они идеально подходят.

CdTe солнечные панели

Диаграмма: Различные слои солнечной панели из теллурида кадмия (CdTe)
Рисунок №1: Слои солнечной панели CdTe | Источник: НРЭЛ

Солнечные панели CdTe используют теллурид кадмия в качестве основного полупроводникового материала для преобразования солнечного света в электричество. Как и другие панели, части панелей CdTe можно разделить на несколько слоев; подробно объяснено следующим образом:

  • Слой субстрата: Обычно слой подложки изготавливается из стекла и обеспечивает механическую поддержку и защиту верхних слоев.
  • Назад Контакт: Этот слой служит электрическим контактом, который собирает и проводит электричество, вырабатываемое клетками. Обычно он изготавливается из таких материалов, как углеродная паста, пропитанная медью или другими металлами для создания проводимости панели.
  • Фотоэлектрический слой: Ядро панели. Он содержит подслой p-легированного теллурида кадмия (CdTe) и подслой n-легированного сульфида кадмия (CdS) или оксида магния-цинка (MZO), образующих pn-переход для преобразования энергии.
  • Слой ТШО: Для изготовления слоя прозрачного проводящего оксида (TCO) используется такой материал, как оксид олова, легированный фтором (SnO₂:F) или станнат кадмия (Cd₂SnO₄). Этот прозрачный и проводящий слой позволяет свету проходить сквозь него, перенося электричество.
  • Инкапсуляция: Как и в случае с панелями других типов, слой инкапсуляции обеспечивает физическую защиту всей сборки.

Для нанесения различных слоев на подложку используются такие методы, как напыление, химическое осаждение из паровой фазы или сублимация с близким расположением промежутков.

Слой CdTe может быть нанесен методом сублимации с близким расположением участков, при которой материал нагревается до тех пор, пока он не сублимируется, а затем не конденсируется на подложке. Во время или после процесса осаждения «примеси» будут добавляться к слоям CdTe и CdS для создания полупроводников p-типа и n-типа соответственно посредством легирования. В качестве альтернативы можно использовать легирующие примеси, такие как мышьяк или фосфор. включенный при синтезе CdTe под высоким давлением.

Отжиг будет осуществляться после сборки всех ключевых слоев. Это термический процесс нагрева этих слоев до высокой температуры для улучшения кристалличности и содействия взаимной диффузии между слоями CdS и CdTe.

Технологии изготовления, такие как катиться к рулону процессы на металлической фольге и использование растворимых Нанокристаллы CdTe играют ключевую роль в производстве эффективных и экономичных панелей CdTe.

Солнечные панели CIGS

«CIGS» означает селенид меди, индия, галлия, полупроводниковый материал, используемый в этих панелях. Каждый слой солнечной панели CIGS выполняет определенную функцию, как показано ниже.

Слои солнечной панели CIGS
Рисунок №2: Слои солнечной панели CIGS | Источник: НРЭЛ
  • Слой подложки: В зависимости от применения он может быть изготовлен из стекла или гибкого полимера. В большинстве продуктов на рынке используются гибкие подложки; эти панели могут быть гибким или даже сворачиваемым.
  • Молибден (Mo) Назад Контакт: на подложку обычно напыляют тонкий слой молибдена (Mo). Этот слой действует как задний электрод панели, собирая носители заряда и отражая непоглощенный свет обратно в слой поглотителя.
  • Абсорбирующий слой: Сердцевиной панели CIGS является поглощающий слой, изготовленный из химического состава, содержащего элементы меди, индия, галлия и селена. Это полупроводниковый материал p-типа, который отвечает за поглощение солнечного света и создание электронно-дырочных пар.
  • Буферный слой: Это слой сульфида кадмия (CdS), нанесенный поверх слоя поглотителя. Это слой n-типа, образующий pn-переход панели, облегчающий разделение зарядов.
  • Слой окна: обычно состоящий из TCO, оконный слой изготавливается путем нанесения слоя собственного оксида цинка (i-ZnO) поверх буферного слоя с последующим нанесением слоя соединения AZO. Эта структура служит двойной цели: защищает нижележащий буферный слой от повреждений, одновременно выполняя свои оптические и электрические функции.
  • *Антибликовое покрытие: многие панели CIGS премиум-класса имеют сверху фирменное антибликовое покрытие, чтобы минимизировать отражение света и гарантировать, что больше фотонов достигнет поглощающего слоя.
  • Инкапсуляция: этот слой обеспечивает защиту и предотвращает электрическую деградацию нижних слоев, а также блокирует проникновение влаги, что имеет решающее значение для поддержания эффективности и долговечности панели. 

Производство солнечных панелей CIGS также включает в себя различные процессы, сочетающие в себе использование нескольких методов осаждения.

Напыление является наиболее широко используемым методом нанесения заднего контактного слоя на подложку. Затем слой поглотителя CIGS формируется с помощью совместного испарения, распыления или электрохимического осаждения. Буферный слой обычно наносится с помощью химического осаждения в ванне (CBD). Оконный слой обычно наносится с использованием таких методов, как напыление или атомно-слоевое осаждение (ALD). В то время как антибликовое покрытие может быть выполнено методом физического осаждения из паровой фазы (PVD).

В последние годы ученые также приняли на вооружение последовательная «селенизация» и сульфуризация для депонирования материала CIGS. Технология печати был использован и постоянно совершенствуется для снижения стоимости производства панелей CIGS.

Солнечные панели CdTe и CIGS: эффективность

Эффективность, пожалуй, является наиболее важным критерием при выборе солнечной технологии CdTe и CIGS.

Повышение эффективности панелей CdTe дало значительный прирост 2010 году1 (Рисунок №3). Коммерческие солнечные панели CdTe обычно имеют эффективность от 17% до 19%, что примерно соответствует эффективности обычных солнечных панелей на основе кремния. До сих пор зарегистрированная самая высокая лабораторная эффективность панелей CdTe составляет 22.1%.

Повышение эффективности панелей CdTe с годами
Рисунок №3: Лабораторная эффективность солнечного элемента CdTe | Источник: Эртеза Таусиф Эфаз и др., 2021 г.

Эффективность панелей CIGS также значительно улучшилась. за последнее десятилетие2. По сравнению с панелями CdTe средняя эффективность панелей CIGS немного ниже и находится в диапазоне 12–16%. Прототип панели, созданный исследовательской группой из Уппсальского университета, был отмечен как последний мировой рекорд с эффективностью 23.64%.

Панели CdTe и CIGS: стоимость

Стоимость – еще один важный критерий при выборе этих панелей.

Благодаря сравнительно более низким затратам на материалы, а также развитию технологий производства и материаловедения, цена на солнечные панели CdTe снизилась с 0.20 до 0.35 доллара за ватт. При этом цена панелей CIGS может колебаться от $0.30 до $0.50 за ватт.

В качестве ориентира цена панелей на основе кремния, включая обе моно- и поликристаллические панели, варьируются от 0.30 до 0.70 доллара (или выше) за ватт.

В целом, цена на продукты CdTe и CIGS также может варьироваться в более широких пределах в зависимости от зрелости технологии и условий производства, а не от масштаба развертывания.

Панели CdTe и CIGS: реальные характеристики

Хотя панели на основе кремния по-прежнему занимают львиную долю рынка, рыночные доли панелей CdTe и CIGS демонстрируют постоянный рост.

Панели CdTe хорошо известны своим более низким температурным коэффициентомначиная от примерно От -0.20%/°C до -0.30%/°C. Для некоторых продуктов премиум-класса температура может достигать ниже -0.20%/°C. Температурный коэффициент панелей CdTe превосходит коэффициенты CIGS и панелей на основе кремния, которые имеют одинаковые показатели. Эта прочность подразумевает лучшую термостойкость и позволяет панелям CdTe сохранять хорошие характеристики в условиях высоких температур.

Если в этой коэффициент для панелей CIGS не так благоприятна, как для панелей CdTe, панели CIGS известны своей превосходной гибкостью и легкостью. В отличие от традиционных панелей на основе кремния и большинства панелей CdTe, эти панели можно сгибать и даже сворачивать, обеспечивая исключительную гибкость при установке на неровные или изогнутые поверхности. Их легкий вес также обеспечивает большие возможности для различных установок.

Примечательно, что основные материалы, используемые для производства панелей CdTe и CIGS, прямозонный. Это означает, что эти панели легче улавливать и преобразовывать энергию в условиях низкой освещенности, в отличие от традиционных панелей на основе кремния с материалами с непрямой запрещенной зоной.

Плюсы и минусы панелей CdTe и CIGS

Помимо нескольких общих функций, технологии солнечных панелей CdTe и CIGS имеют определенные плюсы и минусы. Вот краткий обзор, который поможет лучше понять их, прежде чем принимать решение.

Плюсы панелей CdTe

  • Экономически эффективным: панели CdTe проще в изготовлении и являются одним из самых доступных вариантов на рынке. Обычно они стоят дешевле, чем панели CIGS.
  • Высокая эффективность: Панели CdTe обладают несколько более высокой эффективностью, чем панели CIGS, и сопоставимы с некоторыми традиционными продуктами на основе кремния.
  • Устойчивость к высоким температурам: Их более низкий температурный коэффициент обеспечивает более стабильную работу и удовлетворительную урожайность в жаркую погоду.
  • Тонкопленочная технология: Панели CdTe, являясь одним из видов тонкопленочной технологии, легче и гибче, чем традиционные панели.

Минусы панелей CdTe

  • Проблемы окружающей среды и здоровья: Кадмий является токсичным материалом, который может быть опасен для человека и окружающей среды, если с ним не обращаться и не утилизировать его должным образом.
  • Нормативные ограничения: Из-за токсичности кадмия продукция CdTe может подпадать под действие правил в некоторых регионах.
  • Параметры Помещения: Поскольку CdTe все еще не может превзойти панели из кристаллического кремния по эффективности, ему требуется больше места для производства ожидаемой энергии. 

Плюсы панелей CIGS

  • Гибкий и легкий: Панели CIGS более гибкие и легкие, чем продукты CdTe, что обеспечивает более широкое применение, независимо от того, используются ли они в мобильных или стационарных установках.
  • Превосходная эстетика: Невидимые электрические контакты и превосходная гибкость делают панели CIGS идеальными для применений, где важны эстетика и адаптируемость.
  • Низкое воздействие на окружающую среду: В технологии CIGS используется меньше кадмия по сравнению с панелями CdTe, что снижает риски для окружающей среды и здоровья, связанные с этим вредным элементом.

Минусы панелей CIGS

  • Немного более низкая эффективность: Несмотря на то, что их эффективность немного ниже, чем у продуктов CdTe, их первоклассная гибкость делает их непревзойденным выбором для многих проектов.
  • Немного более высокая цена: В целом они могут стоить дороже, чем панели CdTe из-за сложного производственного процесса, свойств материала и управления процессом.

Панели CdTe и CIGS также имеют общие хорошая производительность при слабом освещении условиях, что как-то смягчает некоторые их минусы.

Более того, несмотря на то, что панели CdTe и CIGS были ограничены относительно коротким сроком службы и восприимчивостью к факторам окружающей среды, продолжающееся развитие привело к значительным улучшениям за счет внедрения передовых материалов и инновационных технологий.

Заключительные слова: идеальные применения для панелей CdTe и CIGS 

Солнечные панели CdTe особенно подходит для крупномасштабных солнечных проектов, предлагая убедительное сочетание экономической эффективности, хорошей эффективности, близкой к эффективности продуктов на основе кремния, и более простого производственного процесса, который обеспечивает быстрое массовое производство. 

Примечательно, что солнечные панели CdTe также идеально подходят для работы в условиях высоких температур. Они имеют лучшие характеристики в условиях высоких температур по сравнению с панелями CIGS и некоторыми типами панелей на основе кремния.

С другой стороны, панели CIGS могут быть изготовлены с эстетически привлекательным дизайном и, следовательно, хорошо подходит для проектов интегрированной в здания фотоэлектрической системы (BIPV). Их гибкость и возможности настройки делают их подходящими для интеграции в строительные материалы, такие как стеклянные фасады и крыши, как в коммерческих, так и в жилых проектах.

Более того, панели CIGS — это экологически чистая энергия. решение для приложений на потребительском рынке, Где портативность подчеркнут. Конечными продуктами могут быть мобильные зарядные станции и туристическое снаряжение, и это лишь некоторые из них.

*Изображение на обложке: «Тонкопленочная гибкая система управления солнечными фотоэлектрическими проводами» (обрезка), автор: Кен Филдс распространяется по лицензии CC BY-SA 2.0.

  1. Обзор основных технологий тонкопленочных солнечных элементов (Эртеза Таусиф Эфаз и др., 2021) ↩︎
  2. Современный обзор тонкопленочных солнечных элементов Cu(In,Ga)Se2 (Мохаммад Анвар Омид и др., 2020) ↩︎

Оставьте комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены * *

LinkedIn facebook Pinterest YouTube Новости twitter Instagram facebook-пусто rss-пустой связанный-пустой Pinterest YouTube twitter Instagram