碲化镉薄膜太阳能电池

电能曾经被认为取之不尽、用之不竭。随着能源 消耗与日俱增，煤、石油等不可再生能源发电 量入不敷出。

太阳能是最高效、稳定的能源，太阳能电池板能 有效吸收太阳光，转换成电能。太阳能光伏发电清洁 环保，但技术成本高昂，难以支撑大规模用电。寻找 可再生、成本低、便于使用、转换率高的太阳能光伏 材料，成了科学家们迫在眉睫的任务。 能否找到一种简单便捷的新材料，只需要安装在 自家屋顶或建筑外墙就能满足日常清洁能源所需呢？ 2017 年，发电玻璃成功问世，人们仿佛看到了“挂在 墙上的油田”。

玻璃上的 4 微米涂层

这种让人惊讶的发电玻璃又名“碲化镉薄膜太阳能电池”，它的诞生绝非偶然。

1954 年 5 月，美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔 松开发出效率为 6% 的单晶硅太阳电池，这是世界上 个实用的太阳电池。同年，威克尔首次发现了砷 化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成 了太阳电池。太阳光能转化为电能的实用光伏发电技术自此一发不可收。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电 的发电装置，由几乎全部以半导体物料 ( 例如硅 ) 制成 的薄身固体光伏电池组成。

被满足一定照度的光照射，光伏板组件瞬间就可 输出电压及电流，这一点，碲化镉也能做到，且性能 更优异。

正常情况下，玻璃属于绝缘体，为什么可以 用来“发电”？秘密就在于玻璃表面的碲化镉薄 膜。碲化镉（CdTe）是理论上拥有很高转换效率的半导体材料，均匀涂抹在普通玻璃上，仅需 4 微米厚，就能让普通玻璃变身可导电、可发电的 功能型材料。

实验发现，这种涂有碲化镉薄膜的“发电玻璃” 即便在弱光条件下也能实现光电转化。1 微米碲化镉 可吸收 90% 以上可见光。碲化镉容易沉积成大面积的 薄膜，沉积速率高。科学家开始将碲化镉薄膜电池列 为重点研究对象，可惜一直未能突破其中的技术瓶颈。

1996 年，在美国新泽西理工大学攻读博士的潘锦 功创建了碲化镉薄膜太阳能研究中心。回到成都创业 后，潘锦功一直致力于以碲化镉新技术改造传统玻璃 工业。2017 年，全世界单体面积的碲化镉“发电 玻璃”（1.92 平方米）横空出世。

55 秒见证奇迹

碲化镉中含有重金属元素镉，属有毒物质。人们 担心，这种物质规模化开发、生产，会给自然生态和 人体健康带来影响。为此，美国布鲁克文国家实验室 的科学家们专门进行了研究。

科学家们发现：在实验条件下，石油的镉排放量是最高的，达到 44.3g/GWh；煤炭次之，为 3.7g/GWh。而 碲化镉的镉排放量最低，仅为 0.3 g/GWh。

研究人员还模拟火灾条件对碲化镉薄膜太阳能电池组件进行测试。实验温度高达 1100℃，镉流失量不 到电池所含镉总量的 0.04%。碲化镉薄膜太阳能电池 最终被证实是安全、环保的。 与普通的太阳能电池板相比，这种新型发电玻璃的成本性能之比是的。生产一块单片长 1.6 米、 宽 1.2 米的发电玻璃，只需要 55 秒时间，但它的光电 转化效率却高达 17.8%，每年可发电 260~270 度。

外墙上的“发电站”