美国力推太阳能薄膜电池技术

覆盖屋顶、田野和沙漠的大多数太阳能电池板都有相同的成分——晶体硅。晶体硅被加工成晶圆并制成光伏电池，将阳光转化为电能。近年来，太阳能发电产业对这种单一技术的依赖正在成为负担。由于存在供应链瓶颈，全球部署新的太阳能发电装机容量的速度正在减缓。

幸运的是，晶体硅不是唯一可利用太阳能的材料。在美国，科学家和制造商正在努力扩大碲化镉技术产能。碲化镉是一种薄膜太阳能电池，顾名思义，它比传统硅电池薄得多。如今，使用碲化镉的电池板占据美国公用事业太阳能发电40%左右的市场，占到全球太阳能市场的5%左右。

能源咨询公司伍德麦肯兹指出，光伏产业发展进入了极不稳定的时期，尤其是晶体硅供应链。未来一年，碲化镉制造商有很大潜力占据更多市场份额。

今年6月，美国太阳能制造商First Solar公司表示，将在俄亥俄州西北部投资6.8亿美元建设第三家碲化镉太阳能工厂。2025年建成后，该公司太阳能电池板产能将达6吉瓦。这足以为约100万美国家庭供电。最近进入市场的另一家俄亥俄州托莱多太阳能公司正在生产住宅屋顶碲化镉电池板。美国能源部及其国家可再生能源实验室启动了一项2000万美元的计划，以加速碲化镉的研究和供应链的开发，目标是帮助美国太阳能市场发展免受全球供应链的限制。First Solar公司是目前世界上最大的薄膜电池制造商，向45个国家出口薄膜电池组件。

国家可再生能源实验室和First Solar公司研究人员自20世纪90年代初开始合作开发碲化镉技术。镉和碲分别是冶炼锌矿石和精炼铜的副产品。硅晶片被连接在一起制成电池，镉和碲以一层薄薄的材料——约头发直径的1/10——与其他导电材料一起覆膜在玻璃上。

国家可再生能源实验室科学家洛雷尔·曼斯菲尔德说，与晶体硅电池技术相比，碲化镉技术具有某些优势。例如，薄膜工艺比基于晶圆的方法更节省材料。薄膜技术也非常适用于柔性面板，如覆盖背包或无人机的面板，或集成到建筑外墙和窗户中的面板。更重要的是，薄膜面板在高温下性能更好，而硅面板可能过热导致发电效率降低。

而晶体硅在其他领域占上风。比如，它们的平均效率（太阳能电池板吸收并转化为电能的阳光百分比）较高。从历史上看，硅电池板的效率的确高于碲化镉薄膜电池，但差距正在缩小。现在工业生产的硅电池板的效率可达18%～22%。而First Solar公司报告其最新商业电池板的平均效率为18%。

不过，硅电池板主宰全球市场的主要原因很简单：成本。生产每瓦太阳能晶体硅成本为0.24～0.25美元，低于其他技术路径。晶体硅材料也比镉和碲的应用更广泛，价格也更低。随着硅面板和相关组件工厂不断扩大，硅面板制造和安装总成本还在下降。目前世界晶硅制造供应链的80%左右都在中国。

First Solar公司表示，不再报告碲化镉电池板的生产成本。自2015年以来，其碲化镉电池板成本每年都在下降，2015年该公司报告的成本为每瓦0.46美元。随着产能扩张，预计碲化镉和其他薄膜技术的制造成本也会下降。First Solar公司表示，其俄亥俄州新生产线启用后，公司将为太阳能市场提供成本最低的电池板。

当然，成本并不是唯一重要的指标。太阳能产业当前面临的供应链瓶颈问题也说明了这一点。

First Solar公司首席执行官马克·维德马尔表示，公司计划耗资6.8亿美元进行产能扩张，是为建立自给自足的供应链和使美国太阳能产业与中国脱钩的努力。该公司现有太阳能电池板回收计划允许其多次重复使用材料，可进一步降低对外国供应链和原材料的依赖。

First Solar公司和国家可再生能源实验室的科学家们不断进行碲化镉技术革新，合作开发了一种新方法，将薄膜材料与铜和氯掺杂，提高太阳能利用效率。国家可再生能源实验室宣布，其在科罗拉多州戈尔登的户外设施上进行了长达25年的现场试验，由碲化镉面板组成的12个面板阵列以原始效率的88%运行，与硅系统的性能一致。国家可再生能源实验室表示，试验的目标不是用碲化镉取代晶体硅，也不是建立另一种更先进的技术。碲化镉和晶体硅都在市场占有一席之地，有各自的应用市场。