故事
新材料故事 | 碲化鎘發(fā)電玻璃：一場理論創(chuàng)新推動(dòng)材料革命的浪潮
來源：凱盛科技 發(fā)布時(shí)間：2022-04-22
編者按
當(dāng)材料醒來的那一刻，它將成為你生活中的一段感受。看、聽、觸摸......置身其中，材料無處不在。中國建材集團(tuán)的能工巧匠們，實(shí)驗(yàn)、堅(jiān)守、創(chuàng)新，鍥而不舍，只為成就材料背后的可能，開發(fā)材料蘊(yùn)含的寶藏。我們始終心懷“國之大者”，打造“國之大材”，服務(wù)國防建設(shè)、服務(wù)國家重大工程、服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、服務(wù)人民美好生活......
《新材料故事》，將用通俗易懂的話語，讓大家更好認(rèn)識(shí)身邊無處不在的新材料，為大家講述我們與社會(huì)發(fā)展、人類生活齊步走的故事。
2021年10月，中國建材集團(tuán)所屬凱盛科技自主研發(fā)生產(chǎn)的中國首片8.5代TFT-LCD玻璃基板、世界第一塊大面積1.92平方米碲化鎘發(fā)電玻璃與中國空間站、C919國產(chǎn)大飛機(jī)、“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器等重大科技成果同臺(tái)亮相國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展，受到黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的高度肯定。碲化鎘發(fā)電玻璃是綠色光伏建筑不可缺少的材料。凱盛科技研發(fā)的碲化鎘產(chǎn)品組件轉(zhuǎn)化效率高，發(fā)電多損失小，顏色、透明度、尺寸形狀可定制，適用于復(fù)雜環(huán)境且安全、環(huán)保、可回收，現(xiàn)已通過中國綠色建材產(chǎn)品認(rèn)證，是推動(dòng)光伏建筑一體化，助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要新興力量。目前已在國內(nèi)多地工商、公用建筑中應(yīng)用，并在邊防線上為前線部隊(duì)營房提供能源，實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)軍，筑牢國防現(xiàn)代化的安全屏障。
碲化鎘發(fā)電玻璃
碲化鎘發(fā)電玻璃，是在玻璃襯底上依次沉積5層半導(dǎo)體薄膜而形成的光伏器件，膜層總厚度為3μm，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/100。碲化鎘發(fā)電玻璃是一種“一材多能”、綠色、節(jié)能、創(chuàng)能的能源型建筑材料，發(fā)電能力強(qiáng)（比單晶硅發(fā)電量高3%~8%）、轉(zhuǎn)換效率高（理論轉(zhuǎn)化率33%）、溫度系數(shù)低（受溫度影響最?。?、弱光發(fā)電性能好（陰天下雨都能發(fā)電）、安裝角度影響?。ò惭b角度自由）、穩(wěn)定性高（適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)）、熱斑效應(yīng)小（被樹葉、灰塵遮擋發(fā)熱少，A級(jí)防火），非常適合應(yīng)用于分布式、構(gòu)件化、集成化的綠色建筑。
碲化鎘發(fā)電玻璃結(jié)構(gòu)
發(fā)展歷史
01
1905年
愛因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋光電效應(yīng)，成為太陽能產(chǎn)業(yè)的理論基礎(chǔ)。愛因斯坦因光電效應(yīng)理論榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
02
20世紀(jì)60年代以來
石油污染事件頻發(fā)，能源危機(jī)、生態(tài)破壞帶來全球性的災(zāi)難。太陽能這一可再生清潔能源被人寄予厚望，但因技術(shù)瓶頸，太陽能產(chǎn)業(yè)很快消沉。
03
2006年
美國第一條3MW的小面積碲化鎘薄膜電池組件試驗(yàn)線落成，組件轉(zhuǎn)化效率7%，碲化鎘發(fā)電玻璃走進(jìn)人類視野，成為新一代高新技術(shù)能源的希望。
04
2011年
中建材美國先進(jìn)材料研究中心提出碲化鎘新能源材料理論，將大面積碲化鎘發(fā)電玻璃作為主研方向，研究成果引全球矚目。
05
2017年
世界第一塊大面積碲化鎘發(fā)電玻璃在四川成都下線，凱盛科技集團(tuán)所屬成都中建材光電材料有限公司開啟從實(shí)驗(yàn)探索到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新征程。
06
2018年
世界第一條大面積碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線投入商業(yè)化運(yùn)行，產(chǎn)線當(dāng)年投產(chǎn)當(dāng)年盈利，利潤達(dá)3千萬元。
07
2020年
成都中建材大面積碲化鎘發(fā)電玻璃實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化率突破19.3%。
07
2021年
大面積碲化鎘發(fā)電玻璃實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化率達(dá)20.24%，生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換率達(dá)16.18%，居國內(nèi)一流，國際領(lǐng)先水平。十余款碲化鎘發(fā)電玻璃供應(yīng)市場。
研發(fā)中的技術(shù)攻關(guān)
要將碲化鎘發(fā)電玻璃從理論轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，需攻克半導(dǎo)體材料摻雜，膜面晶體生長，激光處理技術(shù)突破，整套工藝裝備研制等一系列問題。以鍍膜為例，要實(shí)現(xiàn)在大面積玻璃基板均勻鍍3μm膜層，凱盛科技所屬成都中建材依托中建材玻璃新材料研究總院科研平臺(tái)，聯(lián)合中國建材集團(tuán)兄弟單位及德國CTF、美國新澤西理工大學(xué)研究中心攻堅(jiān)克難十余年，經(jīng)千萬次嘗試，最終研發(fā)出在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸鍍?cè)O(shè)備上快速生產(chǎn)技術(shù)和整套裝備，生產(chǎn)出來的碲化鎘發(fā)電玻璃膜層均勻，轉(zhuǎn)換效率高，良品率超過96%。
成都中建材產(chǎn)出的世界第一塊大面積碲化鎘發(fā)電玻璃
成都中建材以市場為導(dǎo)向，以服務(wù)國家、服務(wù)國防為目標(biāo)，開發(fā)社會(huì)急需的光電產(chǎn)品；同時(shí)深化技術(shù)創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和光電轉(zhuǎn)化效率，從2017年的第一片大面積發(fā)電玻璃下線以來，產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化效率由最初的9%、10%、11%、12%、13%，逐步突破，2021年11月份達(dá)到16.18%，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率提升至20.24%，2022年，我們依然有預(yù)期的提升目標(biāo)。
在效率不斷攀升的同時(shí)，成都中建材也同步研發(fā)生產(chǎn)面向市場的多樣化產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)發(fā)電玻璃色彩、圖案、尺寸、透光度可定制、透光率可調(diào)，為建筑設(shè)計(jì)提供廣闊的選擇，滿足建筑應(yīng)用的低碳美學(xué)需求。
色彩、圖案、尺寸、透光度可定制
成都中建材生產(chǎn)的碲化鎘發(fā)電玻璃已獲得CE認(rèn)證、TüV認(rèn)證、CQC認(rèn)證、3C認(rèn)證、產(chǎn)品碳足跡認(rèn)證、防火等級(jí)測試（Class A）等一系列國內(nèi)外產(chǎn)品資質(zhì)。碲化鎘發(fā)電玻璃技術(shù)榮獲美國愛迪生發(fā)明大獎(jiǎng)，第21屆中國工業(yè)博覽會(huì)新材料獎(jiǎng)、國家工信部《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2019年版）》等。在強(qiáng)大的市場需求下，碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線已在河北邯鄲、江西瑞昌、湖南株洲、黑龍江佳木斯、四川雅安等地推廣建設(shè)，將成為中國建材集團(tuán)向國內(nèi)外供給碲化鎘發(fā)電玻璃的分布式陣地。
碲化鎘發(fā)電玻璃生產(chǎn)線
產(chǎn)品應(yīng)用
實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的碲化鎘發(fā)電玻璃已在各地標(biāo)建筑上投入應(yīng)用，世界十大高原機(jī)場——九寨溝黃龍機(jī)場、2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)項(xiàng)目、亞洲第一大碲化鎘發(fā)電玻璃地面電站等、上海松江凱盛機(jī)器人大樓、南京江寧大數(shù)據(jù)中心、麗江水泥廠外立面改造項(xiàng)目等。
綠色冬奧示范工程——張家口帝達(dá)世博廣場改造項(xiàng)目，該項(xiàng)目原本只是一棟普通的商業(yè)大廈。為迎接2022年冬奧會(huì)，提升張家口城市形象，改善民生服務(wù)，張家口政府將它改造成市民中心，碲化鎘發(fā)電玻璃以其獨(dú)具的建筑美學(xué)和低碳創(chuàng)能特性，使其快速成為張家口市的地標(biāo)中心，還為它提供了可持續(xù)性的能源供應(yīng)，這座地處中心城區(qū)的清潔能源“發(fā)電站”，實(shí)現(xiàn)了能源變革與新型建筑的完美結(jié)合。
奧運(yùn)走廊——張家口赤城縣大型山地修復(fù)電站項(xiàng)目。該項(xiàng)目裝機(jī)容量12MW，年發(fā)電量2350萬度。面積10萬平米，碲化鎘發(fā)電玻璃用量5.2萬片。該項(xiàng)目是我國第一個(gè)大型碲化鎘發(fā)電玻璃地面電站，屬于荒漠修復(fù)項(xiàng)目。利于發(fā)電玻璃修復(fù)了裸露的地表，而且在光照條件不利的北坡均可使用。起到凝聚露水，滋養(yǎng)土地，讓趨于荒漠化的土地恢復(fù)了植被，是生態(tài)環(huán)境修復(fù)和碳減排的示范案例，實(shí)現(xiàn)了在相同規(guī)模情況下，發(fā)電量超過晶硅8.8%，在當(dāng)?shù)赝?guī)模電站中排名第一。
冬奧賽區(qū)發(fā)電玻璃形象裝飾工程——主題綠色路標(biāo)示范項(xiàng)目，項(xiàng)目采用最新研發(fā)的彩釉款碲化鎘發(fā)電玻璃，以北京冬奧會(huì)吉祥物冰墩墩、雪容融為畫面主題，結(jié)合碲化鎘發(fā)電玻璃優(yōu)勢(shì)，在低溫情況下亦能不斷發(fā)電，既能為周邊照明提供綠色能源，又能作為場地景觀裝飾。
上海松江凱盛機(jī)器人大樓，全國第一個(gè)城市中心的碲化鎘發(fā)電玻璃綜合集成項(xiàng)目，將碲化鎘發(fā)電玻璃與LOW-E采光玻璃幕墻完美結(jié)合，為建筑賦予獨(dú)特的工業(yè)美學(xué)。該項(xiàng)目裝機(jī)功率為400kWp，可實(shí)現(xiàn)年平均23萬度的發(fā)電量，每年可節(jié)約80噸標(biāo)準(zhǔn)煤的使用，實(shí)現(xiàn)227噸二氧化碳的減排。
麗江水泥廠外立面改造項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于麗江古城旁，毗鄰旅游干線麗寧公路，作為水泥行業(yè)BIPV應(yīng)用試點(diǎn)，采用碲化鎘發(fā)電玻璃對(duì)水泥廠進(jìn)行美化，避免工業(yè)園區(qū)對(duì)道路沿線風(fēng)景的影響，打造“花園水泥廠”，同時(shí)補(bǔ)給園區(qū)用電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，助力傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
世界十大高原機(jī)場——九寨黃龍機(jī)場，海拔高度3450米，晝夜溫差大，年最低溫度低于零下20度，冬季取暖時(shí)間長、用電量大。我們針對(duì)高原氣象特點(diǎn)，建筑節(jié)能環(huán)保的要求，按照“四型機(jī)場”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是綠色機(jī)場發(fā)展趨勢(shì)，創(chuàng)新碲化鎘電玻璃應(yīng)用方案，致力于解決高高原機(jī)場光伏建筑一體化、能源供給、智慧發(fā)電等問題，將碲化鎘發(fā)電玻璃這一綠色、節(jié)能、弱光性強(qiáng)、光電轉(zhuǎn)化率高的高技術(shù)材料應(yīng)用到自然環(huán)境惡劣的高原機(jī)場，降低機(jī)場能耗和用電成本。該項(xiàng)目建成后效果突出，交通部決定在全國推廣。
用戶體驗(yàn)
01
專家
中國建筑上海綠色建筑研究院院長趙鑒到成都中建材考察碲化鎘發(fā)電玻璃之后，認(rèn)為碲化鎘發(fā)電玻璃高度符合國家倡導(dǎo)的裝配式綠色零能耗建筑要求，成都中建材在碲化鎘發(fā)電玻璃領(lǐng)域有理論基礎(chǔ)，有完整的技術(shù)及裝備方案，有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)及示范性應(yīng)用，能為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)提供具有革命意義的新能源材料。
02
政府
成都市政領(lǐng)導(dǎo)在成都智慧中心示范項(xiàng)目考察時(shí)感嘆，美觀大方、節(jié)能創(chuàng)能、沒有光污染的碲化鎘發(fā)電玻璃，能為市政改造提供最佳的高科技建筑材料。
03
普通群眾
海南定安一市民在體驗(yàn)碲化鎘發(fā)電玻璃農(nóng)家別墅小屋后說：“發(fā)電玻璃太實(shí)惠了，裝在房子上漂亮，冬暖夏涼，還能發(fā)電，安上5塊，我們?nèi)矣秒姴怀?；安?0塊，我們家還能靠它賺錢。”
立足科學(xué)，革新技術(shù)，推動(dòng)創(chuàng)建中國品牌。在中國建材集團(tuán)和凱盛科技集團(tuán)的戰(zhàn)略指導(dǎo)下，成都中建材的碲化鎘發(fā)電玻璃將光電能源與建筑行業(yè)成功結(jié)合，譜寫出中國太陽能產(chǎn)業(yè)的新華章。未來，成都中建材將以精進(jìn)的技術(shù)，推進(jìn)碲化鎘發(fā)電玻璃的產(chǎn)研結(jié)合，推進(jìn)“中國智造”這一民族品牌走向世界，為“一帶一路”增添中國元素，為“綠色地球”貢獻(xiàn)中國科技。
