テルル化カドミウム太陽電池は 、薄膜太陽電池の第一の選択肢です。彼らには特別な良い点と悪い点があります。これらの電池はテルル化カドミウムを主材料として使用します。この素材は太陽光をよく吸収します。また、セルの製造コストも安くなります。テルル化カドミウムは世界の太陽光発電市場の約 5% しか占めていません。しかし、米国のにおける大規模太陽光発電プロジェクトにとっては非常に重要です。
| 技術 | 市場シェア |
|---|---|
| 単結晶シリコン | ~60% |
| 多結晶シリコン | ~30% |
| CdTe薄膜 | ~5% |
| CIGS薄膜 | ~2% |
Terli 氏の話は、実際の利点とテルル化カドミウム太陽電池がいかにうまく機能するかを示しています。
カドミウムテルル化太陽電池は製造コストが安くなります。シリコンパネルよりも使用する材料が少なくなります。そのため、大規模な太陽光発電プロジェクトに適しています。これらの太陽電池は、暗い場所でもうまく機能します。暑いときにも活躍します。シリコンパネルが発電できない場合でも、優れた電力を生成し続けます。 CdTe パネルはシリコン パネルよりも軽量です。柔軟な対応も可能です。これにより、曲面や奇妙な表面にそれらを置くことができます。ボートや古い屋根の上でも使用できます。 CdTe パネルにはいくつかの問題があります。世界にはテルルはそれほど多くありません。カドミウムは有毒で危険な場合があります。 CdTe パネルはシリコン パネルほど長持ちしません。科学者や Terli のような企業は、これらの問題の解決に取り組んでいます。彼らはCdTe太陽電池の安全性を高めたいと考えています。彼らはまた、より良く働き、環境にとってより良いものになることを望んでいます。
カドミウムテルル化太陽電池は特殊な構造をしています。これが他の太陽電池とは異なる点です。薄い層を重ねて使用します。主成分はテルル化カドミウムです。これは、約 1.5 eV の直接バンドギャップを持つ半導体です。これにより、当たる日光のほとんどを吸収することができます。細胞は薄い層でもうまく機能します。
通常のテルル化カドミウム太陽電池にはいくつかの層があります:
| 材料の役割 | CdTe 太陽電池における | 性能への貢献 |
|---|---|---|
| p型CdTe | 吸収層 | ほとんどの太陽スペクトルを吸収するのに理想的な直接バンドギャップ。高い吸収係数により、材料の使用量とコストが削減されます。 |
| n型CdS | ウィンドウとバッファ層 | 広いバンドギャップにより太陽光に対する透明性が保証されます。電子輸送を助けます。 |
| フッ素ドープ酸化スズ (FTO) | 透明導電性酸化物 (TCO) 前面コンタクト | 効率的に電流を収集しながら、光子がセルに入ることができます。 |
| 真性酸化スズ (i-SnO2) | 高抵抗透明層 | 不均一の影響を制限し、効率を高めます。 |
| 酸化銅（Cu2O） | 背面フィールド (BSF) 層 | バックコンタクト時にキャリアを反発するバリアとして機能し、再結合損失を低減し、効率を向上させます。 |
この設計により、テルル化カドミウム太陽電池はより少ない材料で良好に動作します。テルル化カドミウムを使用すると、細胞が太陽光を多く取り入れることができます。これは薄膜太陽電池にとって重要です。
カドミウムテルル化太陽電池はシリコン太陽電池パネルとは異なります。最大の違いは厚みと曲がりやすさです。テルル化カドミウム電池は、厚さわずか 1 ～ 6 マイクロメートルの薄いフィルムを使用します。シリコンパネルは、約 180 マイクロメートルのさらに厚いウェハを使用します。
| 特徴 | カドミウムテルル (CdTe) 太陽電池 | 従来のシリコン太陽電池パネル |
|---|---|---|
| 吸収層の厚さ | 薄膜、約1～6μm | 厚い結晶シリコンウェハ、約180μm |
| 吸収材 | テルル化カドミウム (CdTe) | 結晶シリコン（単結晶または多結晶） |
| ウィンドウ/バッファ層 | 硫化カドミウム (CdS)、n 型層 | 適用されない、または材質が異なる |
| フロントコンタクト層 | 透明導電酸化物 (TCO) | 前面に金属グリッド線が見える |
| バックコンタクト層 | 存在し、電子を収集し、電気的接触を提供します | 現在 |
| 基板 | ガラスまたは柔軟な材料により、柔軟なパネルが可能になります | フレーム付き硬質ガラス基板 |
| 外観 | 目に見える金属グリッドのない均一で連続した薄膜 | 金属グリッド線が見えるセグメント化されたセル |
| 柔軟性 | 柔軟な薄膜として製造可能 | 剛性パネル |
カドミウムテルル化太陽電池は滑らかで均一に見えます。曲がりやすい素材でも製作可能です。これは、曲面または軽い表面でも機能することを意味します。シリコンパネルは硬く、金属の線が見えます。どちらのタイプも半導体を使用して太陽光を電気に変換します。しかし、その製造方法により、特定の場所ではテルル化カドミウム太陽電池に特別な利点がもたらされます。
カドミウムテルル化太陽電池は製造コストが安くなります。他の太陽電池ほど多くのシリコンを必要としません。これにより材料費の節約になります。薄膜パネルはシリコンの代わりに異なる材料を使用します。これにより、製造が容易になり、コストが低くなります。単結晶シリコンパネルはより多くのシリコンを使用し、ステップがより難しいため、最もコストがかかります。多結晶シリコンパネルは少し安価ですが、それでも薄膜パネルよりも多くのシリコンを使用します。カドミウムテルルモジュールにはカドミウムが含まれているため、作業者は注意が必要です。しかし、これらのセルの製造は、使用する材料が少なく、製造が容易であるため、依然として安価です。
CdTe 薄膜太陽電池はシリコンの使用量が少ないため、コストが安くなります。
これらのセルの作成は、シリコン パネルを作成するよりも簡単です。
コストが低いため、テルル化カドミウム太陽電池モジュールは大規模プロジェクトに適しています。
カドミウムテルル化太陽電池はシリコンパネルよりも環境に優れています。国立再生可能エネルギー研究所は、これらのパネルはワットあたりの炭素コストが低いと述べています。製造に必要なエネルギーと材料が少なくなります。米国エネルギー省は、テルル化カドミウムモジュールの製造では、シリコンモジュールよりも二酸化炭素の発生量がはるかに少ないと述べています。これらのパネルの材料の 90% 以上はリサイクル可能です。これは地球にとってさらに有益です。これらのパネルの製造方法は、大気汚染とエネルギー使用量の削減にもつながります。これらのことから、テルル化カドミウム太陽電池はクリーン エネルギーとして賢い選択肢となります。
注: テルル化カドミウム太陽電池は、地球温暖化、酸性雨、オゾン問題を軽減することで環境に貢献します。厳しい状況でもカドミウムが漏洩する可能性は非常に低いです。
カドミウムテルル化太陽電池は屋外でもうまく機能します。研究によると、光が少ない場合、シリコン電池よりも多くのエネルギーを生成します。特殊なバンドギャップとスペクトル応答により、朝、夕方、曇りの日でもうまく機能します。暑い場所では、テルル化カドミウム電池はシリコン電池よりも良好に動作し続けます。シリコンセルは高温になると電力を失います。新しい酸化物層は、高温時でもこれらのセルが高電圧と電力を維持するのに役立ちます。光があまりない場合、テルル化カドミウム電池は通常の出力の約 70 ～ 80% を維持します。また、強力な開放電圧も維持します。そのため、天候が変わりやすい場所や日光が当たらない場所に適しています。
薄膜技術により、カドミウムテルル化太陽電池パネルは通常のシリコンパネルよりも軽く、より曲げやすくなります。一部のガラス/ガラス パネルは重いですが、薄膜パネルには依然として特殊な用途があります。ボート、RV、ポータブルギアなどの曲面や奇妙な形状の表面でも走行できます。軽量なので屋根に大きな負担をかけません。古い建物にはこれがいいですね。設置や移動も簡単です。
| モジュールタイプ | 重量仕様 | 柔軟性仕様 |
|---|---|---|
| 従来のc-Si（ガラス） | 250Wパネル（3.2mmガラス）の場合約20kg | ガラスのため硬い。重いので曲面や扱いにくい面には適していません |
| フレキシブルなc-Si（ポリマー） | 2.0〜2.5kg/m² (最大80%軽量化) | 曲げ可能。湾曲した屋根、テント、奇妙な形状用に作られています。取り付けが簡単 |
| CdTe薄膜（ガラス/ガラス） | パネルあたりの重量が重くなる (470 W の場合約 76.9 ポンド) | ガラスのため硬い。ポリマーベースのフレキシブル c-Si パネルほど曲がりにくい |
軽いカドミウムテルル化物ソーラーパネルは屋根に負担をかけません。
曲がりやすい形状なので、曲面や奇妙な面にもフィットします。
設置や移動が簡単なので、持ち運びや緊急時の使用に最適です。
カドミウムテルル化物(CdTe)ソーラー屋根瓦システム薄膜ソーラーガラス屋根
カドミウムテルル化太陽電池パネルは大規模プロジェクトで使用されています。カリフォルニアのトパーズソーラーファームは最大のファームです。 550MWの電力と900万枚のパネルを備えています。これは、このテクノロジーが大規模なジョブにうまく機能することを示しています。 Terli のような企業は、より多くの人々がテルル化カドミウム太陽電池を使用できるよう支援しています。 Terli は、BIPV カーテンウォール、ソーラーガラスウォール、屋根瓦、シェードカバーなど、多くのソーラーガラス製品を製造しています。これらの製品は、太陽電池パネルを建物に設置し、テルル化カドミウムをより多くの場所に運ぶのに役立ちます。 Terli は、パネルを効率的で手頃な価格で使いやすいものにすることに取り組んでいます。これにより、より多くのグリーンビルディングや大規模なエネルギープロジェクトでテルル化カドミウムソーラーパネルが使用されるようになります。
カドミウムテルル化太陽電池の効率は 30% 以上になる可能性があります。これは、この素材が太陽光をよく吸収するためです。科学者たちは研究室で、効率が 22% 以上のセルを作成しました。しかし、購入できるソーラーパネルのほとんどは約18.6％にすぎません。実現可能なことと現実に起こることの間には、依然として大きな違いがあります。いくつかの原因により、これらの細胞の働きが妨げられます。問題の 1 つは、銅のドーピングによってホールの数が制限されることです。これにより、開回路電圧が 1 ボルト未満に保たれます。良好なバックコンタクトを作るのも難しいです。科学者は、電子が層内でどのように移動するかを完全には理解していません。これらの問題により、テルル化カドミウム太陽電池は最高の性能を発揮できません。
テルルは地球の地殻中に非常にまれです。それは約10億分の1であることがわかります。ほとんどのテルルは銅採掘の副産物として発生します。これは、より多くの銅を採掘した場合にのみ、より多くのテルルを得ることができることを意味します。世界では毎年約 500 トンのテルルが生産されています。しかし、太陽光発電産業はすぐに 1,200 トン以上を必要とするかもしれません。中国は世界のテルルの半分以上を精製している。これは供給や政治に問題を引き起こす可能性があります。リサイクルにより、古いパネルから最大 95% のテルルを取り戻すことができます。しかし、リサイクルだけでは将来のニーズには十分ではありません。私たちは採掘、精製、リサイクルに投資する必要があります。ルールと業界計画は、安定した供給を維持し、コストを削減するのに役立ちます。
注: テルル化カドミウム ソーラー パネルを大量に使用するには十分なテルルがありません。
カドミウムは非常に有毒です。環境保護庁は水中のカドミウムについて厳しい規則を定めています。テルル化カドミウムは、吸い込んだり飲み込んだりすると細胞を傷つけ、肺の問題を引き起こす可能性があります。これらのソーラーパネルは、通常の使用では汚染されません。しかし、間違って壊れたり捨てられたりすると、毒素が放出される可能性があります。埋め立て地にある古いパネルは、特に特定の条件下で多量のカドミウムが漏洩することがあります。 EU など一部の国では、パネルをリサイクルして汚染を阻止する規則を設けています。しかし、多くの国には強力なルールがありません。人々はテルル化カドミウム太陽電池の安全性と汚染を心配しています。
| 側面の | 詳細 |
|---|---|
| 毒性 | カドミウムは非常に有毒です。 EPA には厳格な水規制があります。 CdTeは細胞を傷つける可能性があります |
| 浸出の可能性 | 一部の埋め立て検査ではカドミウムが多すぎることが判明 |
| 規制措置 | EU にはパネルのリサイクルに関する規則があります。多くの場所ではそうではありません |
| 環境への影響 | 不適切に廃棄すると、カドミウムやテルルが放出される可能性があります。安全なリサイクルが必要です |
カドミウムテルル化太陽電池パネルの寿命は約 20 ～ 25 年です。これはシリコンパネルの耐用年数が 25 ～ 30 年であるのに比べて若干短いです。問題によっては、これらのパネルの摩耗が早くなる可能性があります。素材は暑いときと寒いときで伸縮性が異なります。ひび割れや剥がれの原因となります。柔軟なパネルは曲げすぎると割れることがあります。暑さや寒さ、日光は時間の経過とともにパネルにダメージを与える可能性があります。パネルが古くなると、より多くの欠陥や問題が発生します。銅が金属部品から移動し、パネルの動作を悪化させる可能性があります。これらの問題により、大規模な太陽光発電プロジェクトでは耐久性が重要になります。
カドミウムテルル化ソーラーパネルはシリコンパネルほど一般的ではありません。世界の太陽光発電市場の約5％を占めています。このパネルを製造している会社はわずかです。ファースト・ソーラーが最大手だ。この供給量が少ないため、大規模な作業に十分なパネルを入手することが困難になる可能性があります。リサイクル プログラムでは、古いパネルからほとんどのテルルとカドミウムを回収できます。しかし、リサイクルは依然として進歩しており、すべての場所で古いソーラーパネルを安全に処理できるわけではありません。人々は安全性とリサイクルの問題を心配しています。リサイクルをより良く、より簡単にすることで、テルル化カドミウム太陽電池パネルの安全性と普及が促進されます。
科学者たちはテルル化カドミウム太陽電池の改良に取り組んでいます。コロラド州立大学とボンベイ工科大学のチームは、新しい太陽電池を製造した。このセルには、ペロブスカイト層とテルル化カドミウム層が一緒にあります。 24.2%という記録的な効率に達しました。科学者たちは、それをさらに高く、おそらく 27% 以上にしたいと考えています。彼らは合金 CdSexTe1-x 吸収体のような新しいことにも挑戦しています。彼らは銅ドーピングからヒ素ドーピングに切り替えています。これらの変更により、電荷キャリアの寿命が長くなり、モジュールが強化されます。ラボ用セルの効率は 22% 以上になりました。商用モジュールは最大 18.6% に達する可能性があります。最大の課題は、これらの改善を多くのパネルで機能させることです。
科学者はテルルの使用量を減らしながらも良好な性能を維持したいと考えています。彼らは、必要な材料が少ない超薄型 CdTe 太陽電池を設計しています。これらの細胞はまだ正常に機能します。また、膜を改善し、テルルの使用量を減らすためにカドミウム亜鉛テルル化物合金も製造しています。科学者たちは、採掘からテルルを入手するより良い方法を探しています。彼らは新しいドーピング方法も試しています。一部のグループは、より多くのエネルギーを得るために CdSeTe 合金とより優れたバックコンタクトを使用しています。これらの手順は、サプライチェーンをより安全にし、生産をより安定させるのに役立ちます。
太陽光発電業界は、パネルをより安全で地球に優しいものにしています。新しいはんだ付けには、有毒物質の代わりに錫ビスマスが使用されています。ガラス-ガラスパネルにはポリマーバックシートは必要ありません。これにより、より強力かつ安全になります。日本の技術者は、生産中に有毒なカドミウム層を除去する方法を発見しました。業界のルールとリサイクル プログラムは改善されています。これにより、工場がより清潔になり、労働者にとって安全になります。研究によると、これらの変化により地球温暖化が抑制され、パネルが長持ちすることが示されています。これは環境にとって良いことです。
Terli は、グリーンテルル化カドミウム太陽電池技術のリーダーです。同社は材料とコストを節約するために薄い CdTe 吸収体を使用しています。 Terli は、電圧と効率を高めるために背面にテルル層を追加します。二層 CdSeTe/Te セルはより多くの電流を供給します。 MgZnO バッファ層はより多くの光を取り込み、電子の移動を助けます。テルリは、鉱山の残り物からカドミウムとテルルを入手します。これにより無駄が削減され、環境に貢献します。彼らの薄膜プロセスでは、使用するエネルギーと材料の量が少なくなります。これは太陽光発電のよりクリーンな未来をサポートします。
カドミウムテルル化太陽電池にはいくつかの大きな利点があります。製造コストも安くなり、うまく機能します。それらのデザインは曲げたり曲げたりすることもできます。しかし、問題もいくつかあります。十分な材料を入手するのは困難です。カドミウムは非常に有害である可能性があります。人々はいくつかのことを考慮する必要があります。
パネルのコストと太陽光をどれだけ効率的に電力に変換するか
環境に関するルールと安全なリサイクル方法
市場はどのように成長し、シリコンパネルはどのように競争するのか
新しいアイデアと研究が現在進行中
Terli のような企業は、より優れた安全な CdTe 太陽電池を作り続けています。これらの事実を利用すると、人々は最適なソーラー パネルを選択することができます。
CdTe 太陽電池は、薄膜を使用して太陽光を捉えます。シリコンパネルは厚いシリコン片を使用しています。 CdTe パネルは軽量ですが、曲がる場合があります。シリコンパネルは重くて硬いです。
CdTe パネルは、正しい方法で使用すれば安全です。有害な部分はパネル内に密閉されたままになります。適切なリサイクルと慎重な取り扱いにより、自然への被害を防ぎます。安全ルールは、パネルを安全に作成および廃棄するのに役立ちます。
ほとんどの CdTe ソーラー パネルは 20 ～ 25 年間機能します。どのくらい長持ちするかは天候と手入れによって異なります。頻繁にチェックすると長持ちします。
はい、リサイクルするとほとんどのカドミウムとテルルを取り戻すことができます。リサイクルプロセスは改善され続けています。リサイクルは廃棄物を減らし、地球に貢献します。
CdTe 太陽電池は、外が暑いときによく機能します。熱による電力損失はシリコンパネルよりも少ないです。そのため、日当たりの良い暖かい場所に適しています。
