CdTe vs. kristalline Siliziumplatten: Vorteile und Anwendungen

Solarmodule aus kristallinem Silizium (c-Si), entweder monokristalline oder polykristalline Module, sind die vorherrschende Modultechnologie und werden sowohl im Wohnbereich als auch in C&I-Projekten häufig eingesetzt.

Ein neuerer Paneltyp, der ein deutlich anderes Erscheinungsbild als herkömmliche c-Si-Module hat in den letzten ein bis zwei Jahrzehnten auf dem Markt an Boden gewonnen. Es handelt sich um die CdTe-Solarpanel-Technologie.

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen CdTe- und c-Si-Solarmodulen in Bezug auf Zusammensetzung, Struktur, Vorteile, Anwendungen usw. erläutert. Dadurch werden Sie CdTe besser verstehen.

Rekapitulieren von kristallinen Siliziumplatten (c-Si)

Als etablierte und effiziente Technologie gibt es c-Si-Panels in zwei Hauptvarianten: monokristallin und polykristallin. Das Siliziummaterial der ersteren besteht aus einer einkristallinen Struktur, während die letzteren aus mehreren zusammengeschmolzenen Siliziumkristallen bestehen. Neben Silizium werden Dotierelemente, normalerweise Phosphor (P) und Bor (B), hinzugefügt, um die n-Typ- und p-Typ-Halbleiterschichten zur Energieumwandlung zu erzeugen.

Neben der Photovoltaikschicht enthält ein typisches c-Si-Panel auch elektrische Kontakte und mehr, um eine vollständige Struktur zu bilden. Hier sind die Schichten von oben nach unten:

• Front Cover
• Kapselung
• Frontkontakt
• c-Si-Zellenschicht
• Rückkontakt
• Kapselung
• Backsheet
• Rahmen

Da Material und Schneidverfahren variieren, können c-Si-Module unterschiedlich aussehen. Im Allgemeinen zeichnen sich monokristalline Module durch eine dunkle, einheitliche Farbe und achteckige Zellen mit einer glatten, gleichmäßigen Textur aus. Im Gegensatz dazu haben polykristalline Module ein blaues, gesprenkeltes Aussehen und quadratische Zellen mit einer weniger gleichmäßigen Textur.

Trotz der Unterschiede beide c-Si Panelvarianten Auf der Vorderseite sind dünne metallische Gitterlinien sichtbar, die zum Sammeln und Weiterleiten des von den Zellen erzeugten elektrischen Stroms dienen.

Einführung in die CdTe-Panel-Technologie

Cadmiumtellurid-Solarmodule (CdTe) verwenden in ihrer Photovoltaikschicht keine Siliziummaterialien. Sie besteht aus zwei Teilen:

• Cadmiumsulfid (CdS)-Schicht: Es fungiert als Fenster- oder Pufferschicht. Diese n-Typ-Schicht lässt Sonnenlicht mit minimaler Absorption durch und ermöglicht gleichzeitig eine effiziente Ladungstrennung und -sammlung.
• Cadmiumtellurid (CdTe)-Schicht: Diese Schicht ist der Hauptabsorber des Sonnenlichts. Sie wandelt Photonen in Elektronen-Loch-Paare um, die dann durch das elektrische Feld an der der pn-Übergang.

Im Vergleich zu c-Si-Panels besteht eine typische CdTe-Panelstruktur aus: 

• Verkapselung/Abdeckung
• Transparente leitfähige Oxidschicht (TCO): Dies ist die vordere Kontaktschicht, die Licht durchlässt und gleichzeitig Strom leitet.
• Photovoltaische Schicht
• Rückkontakt: Diese Schicht sammelt die erzeugten Elektronen und stellt eine elektrische Verbindung für den externen Schaltkreis her.
• Substrat: Es bietet strukturelle Unterstützung und Schutz für die oberen Schichten. Diese Schicht kann je nach Anwendung aus Glas oder flexiblen Materialien bestehen.

Im Gegensatz zu c-Si-Modulen, die über einzelne Zelleinheiten und sichtbare Metallkontakte auf der Vorderseite verfügen, zeichnen sich CdTe-Module durch ein modernes, einheitliches Erscheinungsbild aufgrund ihrer kontinuierlichen Materialzusammensetzung.

Vorteile von CdTe-Solarmodulen

Neben der verbesserten Optik tragen auch mehrere andere Vorteile von CdTe-Solarmodulen zu ihrer wachsenden Beliebtheit bei.

Kosteneffizienz

Laufende technologische Fortschritte und Skaleneffekte haben zu einem deutlichen Rückgang der Preise herkömmlicher c-Si-Solarmodule geführt.

Derzeit kostet diese Technologie etwa 0.30 bis 0.70 US-Dollar pro Watt oder etwas mehr.

Da bei der Herstellung von CdTe-Modulen jedoch weniger Material und Energie verbraucht werden, sind ihre Durchschnittskosten sogar noch niedriger und liegen zwischen 0.20 und 0.35 US-Dollar pro Watt.

Niedriger Temperaturkoeffizient

Die Effizienz der meisten Paneele nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab.

Herkömmliche c-Si-Panels haben einen Temperaturkoeffizienten zwischen -0.3 %/°C und -0.5 %/°C, abhängig von den verwendeten Materialien und der integrierten Technologie.

Bei der CdTe-Technologie kann dieser Wert im Bereich von -0.20 %/ºC bis -0.30 %/ºC liegen. Dies unterstützt eine gleichmäßigere Energieumwandlung der Panels.

Hervorragende Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen

CdTe-Solarmodule haben einen hohen Absorptionskoeffizienten und können ein breiteres Lichtspektrum effektiv nutzen, einschließlich weniger intensiver Wellenlängen, wie sie beispielsweise an bewölkten Tagen oder am frühen Morgen üblich sind. Dadurch können CdTe-Module auch bei weniger idealen Lichtverhältnissen effektiver Strom erzeugen.

Erhöhte Vielseitigkeit und Flexibilität

Die Absorptionsschicht von c-Si-Platten ist etwa 180 µm dick. Im Vergleich dazu beträgt die Dicke von CdTe-Platten nur 1-6 μm¹, hauptsächlich aufgrund des hohen optischen Absorptionskoeffizienten und der direkten Bandlückeneigenschaft des Halbleitermaterials. Studien haben gezeigt, dass 1 & mgr; m eines verstärkten CdTe-Materials reicht aus, um etwa 90 % des einfallenden Spektrums zu absorbieren.

Diese Stärke zeigt, dass die CdTe-Technologie nicht nur zwischen starrem gehärtetem Glas, sondern auch mit flexiblen Dünnschichtsubstraten und -abdeckungen hergestellt werden kann. Das flexible Design kann bei BIPV-Projekten angewendet werden und ist an eine größere Bandbreite von Oberflächen anpassbar.

Potenziell kürzere Amortisationszeit

Obwohl die Effizienz von CdTe-Solarmodulen derzeit nicht mit der von herkömmlichen c-Si-Modulen mithalten kann, sind ihre geringeren Kosten, kürzere Energierückgewinnungszeit (EPT), ein niedriger Temperaturkoeffizient und eine hervorragende Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen machen sie ideal für bestimmte Projekte und führen möglicherweise zu einer kürzeren Amortisationszeit.

Was sind die üblichen Anwendungsgebiete für CdTe-Solarmodule?

Mono- und polykristalline Solarmodule sind eine ausgereifte und etablierte Technologie und können in zahlreichen Solarprojekten eingesetzt werden.

Trotz laufender Verbesserungen werden CdTe-Solarmodule am häufigsten in den folgenden Projekttypen eingesetzt.

Solarkraftwerke im Großmaßstab

Aufgrund ihrer geringeren Kosten im Vergleich zu c-Si-Modulen sind CdTe-Solarmodule eine attraktive Option für Großanlagen, bei denen der Platz keine entscheidende Einschränkung darstellt.

Nutzung der Skalenvorteile bei Großkraftwerken, ihr außergewöhnlicher Temperaturkoeffizient und Absorptionskoeffizient helfen, ihre etwas geringere Effizienz auszugleichen. Dies führt außerdem zu einer recht guten Solarproduktion und verkürzt die Amortisationszeit.

BIPV Projekte

Mit einem modernen, einheitlichen Erscheinungsbild sowie einer Dicke von nur wenigen μm lässt sich die CdTe-Technologie gut anpassen und anpassungsfähig an Baumaterialien wie Fassaden, Fenster und Oberlichter.

Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich besonders gut für ästhetisch sensible Anwendungen.

Gewerbliche und industrielle (C&I) Installationen

CdTe-Module können auch in gewerblichen und industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Strukturen und der im Vergleich zu c-Si-Technologien geringeren Kosten sind sie ideal für große Dächer und andere gewerbliche Anwendungen.

Sie werden häufig für Installationen gewählt, bei denen die Anschaffungskosten eine wichtige Rolle spielen.

Extrem heißes Klima und schlechte Lichtverhältnisse

An Standorten mit extrem heißem Klima oder schlechten Lichtverhältnissen können CdTe-Solarmodule eine geeignetere Alternative zu herkömmlichen c-Si-Modulen darstellen. Sie bieten eine stabile Energieabgabe und sind auf langfristige Leistung ausgelegt.

Ausblick für CdTe- und kristalline Siliziumtechnologien

Der größte Schwachpunkt der CdTe-Technologie ist derzeit ihre vergleichsweise geringe Effizienz. Daher sind Forscher aktiv damit beschäftigt, Materialwissenschaft und Fertigungstechnologie zu untersuchen, um Optimieren Sie die Effizienz von CdTe-Platten.

Darüber hinaus werden Anstrengungen unternommen, die Behandlung und das Recycling weniger umweltfreundlicher Elemente wie Cadmium zu verbessern, um Bedenken auszuräumen und die Einführung dieser Technologie zu erleichtern.

Andererseits werden auch Anstrengungen unternommen, die traditionelle c-Si-Panel-Technologie zu verfeinern. Neben der Verbesserung aktueller c-Si-Panel-Herstellungsmethoden wie HJT, PERC, IBC, Schindeln und Halbschnitt, neuere Techniken wie Perowskit-kristallines Silizium-Tandeming und Schichtübertragung werden entwickelt, um die Leistung von c-Si-Panels auf die nächste Stufe zu heben.

Schlussfolgerung

Insgesamt erweisen sich CdTe-Solarmodule in absehbarer Zukunft als gute Wahl für Projekte mit begrenztem Budget und für solche, bei denen eine ausgeprägte Leistung für bestimmte Kennzahlen erforderlich ist.

c-Si-Module sind eine bewährte Solartechnologie und für eine breite Palette von Projekten geeignet, wobei weiterentwickelte Varianten teurer sind.

1. Cu-dotiertes CdS und seine Anwendung in CdTe-Dünnschicht-Solarzellen (Deng et al., 2016) ↩︎