澳大利亞新南威爾士大學(UNSW)教授馬丁?格林(Martin Green)在2010年5月7日在上海舉行的太陽能發電系統展會及學會“第四屆(2010)國際太陽能光伏大會暨(上海)展覽會(SNEC 4th(2010)International Photovoltaic Power Generation Conference & Exhibition)”上發表了演講。格林曾于上世紀80年代開發出了轉換效率超過20%的結晶硅型太陽能電池。目前,該電池的轉換效率已達到25%。
格林教授此次演講的題目是,“第3代太陽能電池”的候補技術是什么?格林表示,結晶硅型屬于第1代太陽能電池,非晶硅型等薄膜太陽能電池屬于第2代太陽能電池。
格林認為,第3代太陽能電池應具備的條件是,兼顧高效率和低制造成本,額定功率的制造成本為0.2~0.5美元/W。目前制造成本最低的太陽能技術為0.8美元/W左右,因此要達到這一條件,必須取得較大的技術突破。
作為第3代太陽能電池的最有力候選,格林列舉了串聯構造的非硅類薄膜太陽能電池。具體而言,這種太陽能電池采用鎘(Cd)和碲(Te)構成的CdTe型太陽能電池,與銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)及硒(Se)等構成的CIGS型太陽能電池粘貼在一起的構造。
不過,格林表示,“這種太陽能電池還不算理想”。這是因為,鎘及多余的硒對人體有很強的毒性,而銦、鎵及碲屬于稀有金屬,不能保證以低價格穩定供應。
作為這一問題的解決方案,格林列舉了以毒性低且資源豐富的元素代替CIGS型及CdTe型太陽能電池元素的方法。“鎘可用銅及銦來代替,還可進一步用銅、鋅(Zn)及錫(Sn)代替。碲可用硒及硫(S)代替”(格林)。
采用這種方法制造的由銅、鋅、錫及硫構成的太陽能電池稱為CZTS型(或“鋅黃錫礦構造的太陽能電池”)。“最近,美國IBM的CZTS型太陽能電池的轉換效率達到了9.6%。其發展前景受到很多研究人員的關注”(格林)。(記者:野澤 哲生)
馬丁?格林在演講。
橫軸表示單位面積的成本($/m2),縱軸表示轉換效率(~W/m2)。斜線表示每W的成本(的倒數)。紅色部分為格林介紹的“第3代太陽能電池”。額定功率的制造成本需要降至0.5美元/W以下。綠色部分所指的第1代太陽能電池為結晶硅型。黃色部分所指的第2代為非晶硅型等薄膜太陽能電池。
格林認為目前最有希望的第3代太陽能電池的構造。但同樣存在問題。
可取代元素的圖表與CZTS型太陽能電池的最新成果。