美國近年來力推太陽能薄膜電池技術

　　覆蓋屋頂、田野和沙漠的大多數太陽能電池板都有相同的成分——晶體硅。晶體硅被加工成晶圓并制成光伏電池，將陽光轉化為電能。近年來，太陽能發電產業對這種單一技術的依賴正在成為負擔。由于存在供應鏈瓶頸，全球部署新的太陽能發電裝機容量的速度正在減緩。

　　幸運的是，晶體硅不是唯一可利用太陽能的材料。在美國，科學家和制造商正在努力擴大碲化鎘技術產能。碲化鎘是一種薄膜太陽能電池，顧名思義，它比傳統硅電池薄得多。如今，使用碲化鎘的電池板占據美國公用事業太陽能發電40%左右的市場，占到全球太陽能市場的5%左右。

　　能源咨詢公司伍德麥肯茲指出，光伏產業發展進入了極不穩定的時期，尤其是晶體硅供應鏈。未來一年，碲化鎘制造商有很大潛力占據更多市場份額。

　　今年6月，美國太陽能制造商First Solar公司表示，將在俄亥俄州西北部投資6.8億美元建設第三家碲化鎘太陽能工廠。2025年建成后，該公司太陽能電池板產能將達6吉瓦。這足以為約100萬美國家庭供電。最近進入市場的另一家俄亥俄州托萊多太陽能公司正在生產住宅屋頂碲化鎘電池板。美國能源部及其國家可再生能源實驗室啟動了一項2000萬美元的計劃，以加速碲化鎘的研究和供應鏈的開發，目標是幫助美國太陽能市場發展免受全球供應鏈的限制。First Solar公司是目前世界上最大的薄膜電池制造商，向45個國家出口薄膜電池組件。

　　國家可再生能源實驗室和First Solar公司研究人員自20世紀90年代初開始合作開發碲化鎘技術。鎘和碲分別是冶煉鋅礦石和精煉銅的副產品。硅晶片被連接在一起制成電池，鎘和碲以一層薄薄的材料——約頭發直徑的1/10——與其他導電材料一起覆膜在玻璃上。

　　國家可再生能源實驗室科學家洛雷爾·曼斯菲爾德說，與晶體硅電池技術相比，碲化鎘技術具有某些優勢。例如，薄膜工藝比基于晶圓的方法更節省材料。薄膜技術也非常適用于柔性面板，如覆蓋背包或無人機的面板，或集成到建筑外墻和窗戶中的面板。更重要的是，薄膜面板在高溫下性能更好，而硅面板可能過熱導致發電效率降低。

　　而晶體硅在其他領域占上風。比如，它們的平均效率(太陽能電池板吸收并轉化為電能的陽光百分比)較高。從歷史上看，硅電池板的效率的確高于碲化鎘薄膜電池，但差距正在縮小?，F在工業生產的硅電池板的效率可達18%～22%。而First Solar公司報告其最新商業電池板的平均效率為18%。

　　不過，硅電池板主宰全球市場的主要原因很簡單：成本。生產每瓦太陽能晶體硅成本為0.24～0.25美元，低于其他技術路徑。晶體硅材料也比鎘和碲的應用更廣泛，價格也更低。隨著硅面板和相關組件工廠不斷擴大，硅面板制造和安裝總成本還在下降。目前世界晶硅制造供應鏈的80%左右都在中國。

　　First Solar公司表示，不再報告碲化鎘電池板的生產成本。自2015年以來，其碲化鎘電池板成本每年都在下降，2015年該公司報告的成本為每瓦0.46美元。隨著產能擴張，預計碲化鎘和其他薄膜技術的制造成本也會下降。First Solar公司表示，其俄亥俄州新生產線啟用后，公司將為太陽能市場提供成本最低的電池板。

　　當然，成本并不是唯一重要的指標。太陽能產業當前面臨的供應鏈瓶頸問題也說明了這一點。

　　First Solar公司首席執行官馬克·維德馬爾表示，公司計劃耗資6.8億美元進行產能擴張，是為建立自給自足的供應鏈和使美國太陽能產業與中國脫鉤的努力。該公司現有太陽能電池板回收計劃允許其多次重復使用材料，可進一步降低對外國供應鏈和原材料的依賴。

　　First Solar公司和國家可再生能源實驗室的科學家們不斷進行碲化鎘技術革新，合作開發了一種新方法，將薄膜材料與銅和氯摻雜，提高太陽能利用效率。國家可再生能源實驗室宣布，其在科羅拉多州戈爾登的戶外設施上進行了長達25年的現場試驗，由碲化鎘面板組成的12個面板陣列以原始效率的88%運行，與硅系統的性能一致。國家可再生能源實驗室表示，試驗的目標不是用碲化鎘取代晶體硅，也不是建立另一種更先進的技術。碲化鎘和晶體硅都在市場占有一席之地，有各自的應用市場。