碲化镉太阳电池生产线可行性分析

碲化镉太阳电池生产线可行性分析
冯良桓

张静全

郑家贵

蔡伟

蔡亚军

黎兵

武莉莉

邵烨

周心明

(四川大学

材料科学系

成都610064)

摘要:根据国外碲化镉太阳电池科学与生产技术的迅速发展.分析了国内建立兆瓦级碲化镉太阳电池
生产线的必要性.拟定了制造这种电池的技术路线和关键工艺,估算了建立生产线的费用与生产成本。

联系我国市场及我国的能源政策.对碲化镉太阳电池生产线建设与运行的可行性进行了分析与讨论。 关键词:碲化镉太阳电池生产线

0前言

弘‰ 心

太刚电池的研究与开发在近十年来受到了前所未有的重视除了化石能源会枯竭这一远期背境
外.全球性的碳循环火衡所造成的公害已管示人类,必须尽快改变能源结构。许多国家的政府已采取 措施加强可再生能源的开发与利用。其中以减小二氧化碳排放为目的,将光伏发屯与建筑相结合的太

阳屋顶计划,使太刚电池的应川进入了一新的历史阶段。预计在未来十年,光伏电池产量的平均增长
率仍将保持在30%左右。 要实现如此高速的增长,势必发展低价、眭寿光伏电池,建设较大规模的生产线。我们注意到, 大面积CdTe太…l也池的生产技术近年米有了根人的发展。首先是较准确地掌握了CdTe对人的可能毒 害,有效地控制了生产过科中镉的污染Ⅲ[州“。住1994年,64cmz的CdTe电池的效率为10.7%,1995 年6728cm。的CdTe电池组件,效率达9.1%,(美国.Solar
Ce】1S

Ina)H…。同时,关于CdTe太阳

电池稳定性的实验已有了可信的结果,试验电站室外运行三年及组件在室内650C F试验35000小时, 均未见衰降。1998年,该公司报道,他们发展了一种类似于近空间升华的蒸汽输运沉积技术,能在 不到30秒的时间里,在7200cm。的衬底上沉积足够厚度的CdTe薄膜。该公司正以此技术为核心建立
年产50MW的生产线,估计每峰瓦生产成本将为1美元,最后要达到0.5美元l峰瓦的目标n]。事实上,

以后的进展比当时计划的还快,该公司IOOMⅦ和20邢的两条生产线今年可望投产。BP Solarex不久
前报道,0.9mz的CdTe电池,转换效率已逃10.6%。这个组件的输山功率为91.5w,被认为是迄今世

:擎hh

界上输山功率最高的组件。日本Mitsushita公司.政进了近空间升华法中CdTe源的制备技术,使1m2
量级的CdTe电池组rI:效率也达到l 096。 面对这个Ⅲ|:Ⅱ;l;逼人的发展趋势,我”J认为,我国不仅需要加强对CdTe电池的研究,加快发展CdTe

电池的规模化生产技术,还麻把建立CdTe太阳Ll土池生产线提上议事日程。为此,根据我国目前市场
需求.提山建立兆瓦级CdTe生产线的可行性研究。

1技术路线与关键生产工艺
碲化外事镉太吲J电池的基本结构如幽l所示。制各过程的基本顺序是在玻璃衬底上沉积透明导电 膜、硫化镉多品薄膜,碲化镉多晶薄膜,背接触层币¨背电极。组件的集成方式和非品硅太刚电池相同。

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Fig】1、ⅢLum】dD4:mm
114

曲I

CdTn走m屯池的菇车结悔
ofCdTc Solar e,clls

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这样,CdTe电池制造工艺流程如下:

处理——制备背接触——檄光刻蚀——沉积背电极——电联结——初测——封装——检测。
其中的关键工艺为:

基片清洗——透明导电膜处理——激光刻蚀——衬底清洗一沉积硫化镉——沉积碲化镉——熟

沉积硫化镉:化学池沉积。用氯化镉、硫脲、氯化铵、胺水等.在80—90。C的温度下进行。
沉积碲化镉:近空间升华沉积。采用碲化镉粉作源,用氩气保护,在560。C左右下进行。

制备背接触:刚兆蒸发沉积碲化锌作背接触层。源材料分别为铜和碲化锌粉.在室温下进行真空
蒸发。 背电极:用电子束蒸发镀镍作背电极。

2设备费用及成本概算
2.1规模、规格与产量
规模:年产量为I兆瓦。规格:以30×38cm 2的电池为主体,附带生产4-lOcm2级的小型集成电

池。指标:转换效率8%,每块30×38cm2输出为9峰瓦(心1)。产量:年产11 L111块,相当于i2667m2
太阳电池。以年1.作日为250天,成品率为8096计,平均日产电池556块。

2.2所需设备、工装及估价
生产线技术水平确定为:整个生产线不颁自动化,仅个别]:序有连续生产的必要,因而相应的单

机自动化程度要求较高。由此估计所需设备及价格如F:

此外,:I:科安装费

200万元

不可预见费400万元 这样,在不涉及厂房修建的情况下,1兆瓦CdTe屯池生产线建设费为2890万元。

2.3生产成本估算
2.3.1材料消耗费如F:
115

—————L垄
透明导电膜玻璃 5N碲化铺

垩旦至
15800术2 350公斤





壅旦!互垂!
395

250元,米1

7000元俭斤245 5N碲化辞 15公斤 20000元忪斤 30 光谱纯氯化铺 100公斤 600元脸斤 6 光谱纯硫臁40公斤 250刃公斤 t 分析纯镍球 Ioo公斤TOO元忪斤 1

笪壁盟型!塑壁型:璧:煎垫苎壁!选堕型:蒸堡旦曼:王塑望整箜!

2.3.3

!! !塾



2.3.2生产管理费:生产日,0.8万/犬,节假日,0.2万/天。合计:223万 1资及临时用工费:以全体职]i总数为219人计550万
2.3.4设备折旧费:160万

2.3.5不可预见费:100万 合计成本为1791万

3说明与讨论
3.1厂房不新建。厂房总面积需1590米2。其中,1F生产fLf|房(包括办公室、会议室、库房)约
740米2;生产川房950米2,为无特殊要求的l一业建筑,跨度要求10米。

3.2材料消耗费中.透明导电膜玻璃己超过50%.比例太高。由于碲化镉屯池对透明导电膜有特
殊要求,因此可改由自己生产透明导电膜。如fL}JAPCVD方法制备SnO.:F膜.设备费会增加500—600万 元。但年均成本会降低150—180万元。这显然是台算的。 3.3设备制造技术和生产工艺技术在国内已成熟利基本成熟。其技术转让费用可通过协商来确定,

付费方式可以多种选择。因此,暂来列入建线费Hj。 3.4随着生产工艺的成熟,成本还会进一步降低。这来白三个方面:A、原材料成本下降,如碲 化镉和碲化锌的价格F降有较大空间;B、产品的转换效率提高。若效率提高到9%,则每块电池可达
10峰瓦;c、成品率提高,在三年内提高到90%是可能的。这样,电池成本可望降低20%左右。 3.5造成环境污染可能性,是建立CdTe屯池生产线必须考虑的首要问题之一。现对二道可能产

生有毒废料的]:序考虑如F:硫化镉膜制备,镉化台物损火量约25%,约2.5公斤/年,为不溶于水 的CdS沉淀物;碲化镉膜制备,损失量不人于蛳,约lt公斤/年,附着于沉积室及管道.以酸洗后 成为可溶于水的镉盐;激光刻蚀时,将去掉】%的售镉膜层,约有4公斤/年。这三道工序所产生的
镉废料都便于收集。处理方式是全部将其变成『酣障废料待同收使川,废水经处理合格和排放。

4利润、市场及投资
4.1成本及利润
按前面计算,每峰瓦CdTe电池成本为17 9l元。售价若订为32.5元/峰瓦.每年毛利为1459万 元.年产值为3250万元,平均每职L:gJj造产值为14.84万元。 4.2市场状况

我国西部地区,能源缺乏,近1.2亿人缺电或无电。如四川I省就有112万无电户Is]。为满足他们 低水平的照明要求.也需要30兆瓦太陬电池。若要实施电视“村村通”计划,所需的太阳电池将在
100兆瓦以上。

从较睦远看,中国政府向皮二饽《中国2l世纪议科》指山:“加强太刚能直接利用与间接利用的开

116

_醴{睁”ij唾¨睫疆i雏“_=往q¨叶二_耻越
117

17I



;iiI

AnalysiS

of

the

Feasibility About
Solar

Manufacturing

Line of CdTe

CellS

Lianghuan Feng,Jingquan

Zhang,Jiagui Zheng。Wei Cai.

Yaping Cai,Bing Li,Lili Wu,Yi Shoo.Xingming Zhou Department of Materials Science,Sichuan University,Chengdu 610064

Abstract:ccording
cell


to

the rapid development of

scierice

and

technoiogy

on

CdTesolar

abroad.the necessity of estab]ishment of hlw CdTesoiar cell s manufacuturing 1ine in


China i
are

proposed.The technical path and key techniques of manufacturing the solar oells
expense

determined.and the establ ishment of
our

and production
source

cost are

estimated.Censidering
our s

the PV market

country

and the

energy

policy

of

govermmant,the
line

feasibility about the establi shment and operation of CdTe Solar Cell
are

manufacturing

di scussed and analysed.

Key words:CdTe solar cells,Manufacarjng【ine.Production cost,Feasibility

118

碲化镉太阳电池生产线可行性分析
作者: 作者单位: 冯良桓, 张静全, 郑家贵, 蔡伟, 蔡亚军, 黎兵, 武莉莉, 邵烨, 周心明 四川大学材料科学系(四川成都)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_58644.aspx


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