綠色低碳是我國“十四五”期間重要發(fā)展目標(biāo)，而光伏發(fā)電則是實現(xiàn)這一目標(biāo)的主力軍。在光伏行業(yè)快速發(fā)展的過程中，除了晶體硅電池備受關(guān)注之外，以碲化鎘為吸收層的薄膜電池同樣受到業(yè)界聚焦。
碲化鎘（CdTe）是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，形狀呈黑色晶體顆粒或粉末，熔點達(dá)1092℃，相對分子量240，晶體結(jié)構(gòu)為閃鋅礦型，具有直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)。其晶格常數(shù)為0.6481nm，禁帶寬度為1.45eV，室溫電子遷移率為1050 c㎡/(Vs)，室溫空穴遷移率為80 c㎡/(Vs)。碲化鎘化學(xué)鍵的鍵能高達(dá)5.7eV，是鎘元素在自然界中最穩(wěn)定的化合態(tài)之一。因此，碲化鎘在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且不溶于水、弱酸，在工業(yè)生產(chǎn)和使用過程中比較安全。
值得一提的是，碲化鎘太陽電池的光譜響應(yīng)與地面太陽光譜分布非常匹配，實際發(fā)電能力強(qiáng)。
碲化鎘性能穩(wěn)定，光能吸收系數(shù)高，通過摻入不同雜質(zhì)能獲取N型或P型半導(dǎo)體材料，可用于核輻射探測器（醫(yī)學(xué)用）、紅外電光調(diào)制器、紅外探測器、紅外透鏡和窗口等器件制造。在光伏領(lǐng)域，碲化鎘被視為制備大尺寸太陽能薄膜電池的關(guān)鍵原材料。僅僅2μm（微米）厚度的碲化鎘薄膜，在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5條件下光學(xué)吸收率超過90%，最高理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá)33%，因此太陽能成為碲化鎘最大的應(yīng)用領(lǐng)域。通常情況下，光伏行業(yè)需要用到5N純度的碲化鎘。
與其它太陽能電池相比，碲化鎘薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)比較簡單；一般而言，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)由五層組成，即玻璃襯底、透明導(dǎo)電氧化層（TCO層）、硫化鎘（CdS）窗口層、碲化鎘（CdTe）吸收層、背接觸層和背電極，如下圖所示。
▲ 碲化鎘薄膜太陽能電池的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)
光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，薄膜電池現(xiàn)已發(fā)展出包括碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、砷化鎵（GaAs）、非晶硅薄膜、有機(jī)薄膜、鈣鈦礦等多種技術(shù)路線，碲化鎘是目前為止市占率最高的薄膜組件，在薄膜組件中占比超過95%。
碲化鎘薄膜太陽電池特點可總結(jié)為：
1、碲化鎘的禁帶寬度為1.45eV，是與地面太陽能光譜最匹配的太陽電池吸收層材料；
2、碲化鎘是直接帶隙材料，吸收系數(shù)> 105/cm，吸收系數(shù)高，是硅材料的100倍；
3、溫度系數(shù)低：碲化鎘禁帶寬度高于晶硅，溫度系數(shù)約為晶硅的一半，夏季組件的溫度可超過65℃，由于溫度升高造成的功率損失碲化鎘組件要比晶硅組件少10%左右；
4、熱斑效應(yīng)小：碲化鎘薄膜組件是長條子電池設(shè)計，減少了熱斑效應(yīng)，在提高發(fā)電能力的同時，改善了產(chǎn)品壽命和安全性；
5、色彩均勻，美觀大方：大面積碲化鎘光伏組件色彩均勻，美觀，整體感強(qiáng)，特別適合于對美觀要求較高的建筑；
6、發(fā)電效率高：碲化鎘電池理論極限轉(zhuǎn)化效率32％-33%;目前小面積電池光電轉(zhuǎn)換效率世界記錄為22.1%, 組件效率19%,并且還有較大的提升空間;
7、定制化程度高：可根據(jù)不同需求靈活定制顏色、圖案、形狀、尺寸、透光度等，逐步實現(xiàn)在建筑應(yīng)用中用光伏發(fā)電建材替代傳統(tǒng)建材的宏偉目標(biāo)。
隨著國內(nèi)建筑節(jié)能的政策體系逐步完善，政府對建筑節(jié)能的重視程度明顯提升。若要實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，離不開光伏建筑一體化（BIPV）這個重要路徑。2020年，我國住建部等7部委發(fā)布綠色建筑相關(guān)行動方案，方案以2022年新建綠色建筑占比70%為目標(biāo)，要求引導(dǎo)政府投資工程率先采用綠色建材。通過碲化鎘薄膜電池技術(shù)制備的碲化鎘發(fā)電玻璃建材，正是新一代綠色建筑材料。
相比于晶硅組件，碲化鎘薄膜組件具有吸收系數(shù)高、熱斑效應(yīng)小、弱光效應(yīng)好、美觀度高、可定制性強(qiáng)等特點，可以靈活應(yīng)用用于建筑屋頂、幕墻等多種建筑結(jié)構(gòu)上，并最大限度利用建筑的表面增加有效發(fā)電面積，滿足多角度建筑發(fā)電需求，最終從源頭上減少建筑碳排放。在利好政策推動下，未來碲化鎘薄膜光伏組件的需求還將進(jìn)一步擴(kuò)大。
