故事
新材料故事 | 碲化鎘發(fā)電玻璃：一場理論創(chuàng)新推動材料革命的浪潮
來源：凱盛科技 發(fā)布時間：2022-04-22
編者按
當材料醒來的那一刻，它將成為你生活中的一段感受?？?、聽、觸摸......置身其中，材料無處不在。中國建材集團的能工巧匠們，實驗、堅守、創(chuàng)新，鍥而不舍，只為成就材料背后的可能，開發(fā)材料蘊含的寶藏。我們始終心懷“國之大者”，打造“國之大材”，服務國防建設、服務國家重大工程、服務國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場、服務人民美好生活......
《新材料故事》，將用通俗易懂的話語，讓大家更好認識身邊無處不在的新材料，為大家講述我們與社會發(fā)展、人類生活齊步走的故事。
2021年10月，中國建材集團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、“奮斗者”號全海深載人潛水器等重大科技成果同臺亮相國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展，受到黨和國家領導人的高度肯定。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)品認證，是推動光伏建筑一體化，助力碳達峰碳中和目標實現(xiàn)的重要新興力量。目前已在國內(nèi)多地工商、公用建筑中應用，并在邊防線上為前線部隊營房提供能源，實現(xiàn)科技強軍，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層半導體薄膜而形成的光伏器件，膜層總厚度為3μm，相當于頭發(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（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（適應環(huán)境能力強）、熱斑效應?。ū粯淙~、灰塵遮擋發(fā)熱少，A級防火），非常適合應用于分布式、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，成功解釋光電效應，成為太陽能產(chǎn)業(yè)的理論基礎。愛因斯坦因光電效應理論榮獲1921年諾貝爾物理學獎。
02
20世紀60年代以來
石油污染事件頻發(fā)，能源危機、生態(tài)破壞帶來全球性的災難。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線落成，組件轉(zhuǎn)化效率7%，碲化鎘發(fā)電玻璃走進人類視野，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，凱盛科技集團所屬成都中建材光電材料有限公司開啟從實驗探索到產(chǎn)業(yè)化應用的新征程。
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)化運行，產(chǎn)線當年投產(chǎn)當年盈利，利潤達3千萬元。
07
2020年
成都中建材大面積碲化鎘發(fā)電玻璃實驗轉(zhuǎn)化率突破19.3%。
07
2021年
大面積碲化鎘發(fā)電玻璃實驗室轉(zhuǎn)化率達20.24%，生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換率達16.18%，居國內(nèi)一流，國際領先水平。十余款碲化鎘發(fā)電玻璃供應市場。
研發(fā)中的技術(shù)攻關
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，聯(lián)合中國建材集團兄弟單位及德國CTF、美國新澤西理工大學研究中心攻堅克難十余年，經(jīng)千萬次嘗試，最終研發(fā)出在高速運轉(zhuǎn)的蒸鍍設備上快速生產(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向，以服務國家、服務國防為目標，開發(fā)社會急需的光電產(chǎn)品；同時深化技術(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月份達到16.18%，實驗室轉(zhuǎn)化效率提升至20.24%，2022年，我們依然有預期的提升目標。
在效率不斷攀升的同時，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)，為建筑設計提供廣闊的選擇，滿足建筑應用的低碳美學需求。
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認證、TüV認證、CQC認證、3C認證、產(chǎn)品碳足跡認證、防火等級測試（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，第21屆中國工業(yè)博覽會新材料獎、國家工信部《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2019年版）》等。在強大的市場需求下，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，將成為中國建材集團向國內(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)品應用
實現(xiàn)量產(chǎn)的碲化鎘發(fā)電玻璃已在各地標建筑上投入應用，世界十大高原機場——九寨溝黃龍機場、2022年冬奧會張家口賽區(qū)項目、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目等。
綠色冬奧示范工程——張家口帝達世博廣場改造項目，該項目原本只是一棟普通的商業(yè)大廈。為迎接2022年冬奧會，提升張家口城市形象，改善民生服務，張家口政府將它改造成市民中心，碲化鎘發(fā)電玻璃以其獨具的建筑美學和低碳創(chuàng)能特性，使其快速成為張家口市的地標中心，還為它提供了可持續(xù)性的能源供應，這座地處中心城區(qū)的清潔能源“發(fā)電站”，實現(xiàn)了能源變革與新型建筑的完美結(jié)合。
奧運走廊——張家口赤城縣大型山地修復電站項目。該項目裝機容量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。該項目是我國第一個大型碲化鎘發(fā)電玻璃地面電站，屬于荒漠修復項目。利于發(fā)電玻璃修復了裸露的地表，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了植被，是生態(tài)環(huán)境修復和碳減排的示范案例，實現(xiàn)了在相同規(guī)模情況下，發(fā)電量超過晶硅8.8%，在當?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——主題綠色路標示范項目，項目采用最新研發(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，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。
上海松江凱盛機器人大樓，全國第一個城市中心的碲化鎘發(fā)電玻璃綜合集成項目，將碲化鎘發(fā)電玻璃與LOW-E采光玻璃幕墻完美結(jié)合，為建筑賦予獨特的工業(yè)美學。該項目裝機功率為400kWp，可實現(xiàn)年平均23萬度的發(fā)電量，每年可節(jié)約80噸標準煤的使用，實現(xiàn)227噸二氧化碳的減排。
麗江水泥廠外立面改造項目，該項目位于麗江古城旁，毗鄰旅游干線麗寧公路，作為水泥行業(yè)BIPV應用試點，采用碲化鎘發(fā)電玻璃對水泥廠進行美化，避免工業(yè)園區(qū)對道路沿線風景的影響，打造“花園水泥廠”，同時補給園區(qū)用電，實現(xiàn)節(jié)能減排，助力傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
世界十大高原機場——九寨黃龍機場，海拔高度3450米，晝夜溫差大，年最低溫度低于零下20度，冬季取暖時間長、用電量大。我們針對高原氣象特點，建筑節(jié)能環(huán)保的要求，按照“四型機場”建設標準，特別是綠色機場發(fā)展趨勢，創(chuàng)新碲化鎘電玻璃應用方案，致力于解決高高原機場光伏建筑一體化、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、光電轉(zhuǎn)化率高的高技術(shù)材料應用到自然環(huán)境惡劣的高原機場，降低機場能耗和用電成本。該項目建成后效果突出，交通部決定在全國推廣。
用戶體驗
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，認為碲化鎘發(fā)電玻璃高度符合國家倡導的裝配式綠色零能耗建筑要求，成都中建材在碲化鎘發(fā)電玻璃領域有理論基礎，有完整的技術(shù)及裝備方案，有自主知識產(chǎn)權(quán)，并實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)及示范性應用，能為現(xiàn)代建筑設計提供具有革命意義的新能源材料。
02
政府
成都市政領導在成都智慧中心示范項目考察時感嘆，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碲化鎘發(fā)電玻璃農(nóng)家別墅小屋后說：“發(fā)電玻璃太實惠了，裝在房子上漂亮，冬暖夏涼，還能發(fā)電，安上5塊，我們?nèi)矣秒姴怀睿话采?0塊，我們家還能靠它賺錢。”
立足科學，革新技術(shù)，推動創(chuàng)建中國品牌。在中國建材集團和凱盛科技集團的戰(zhàn)略指導下，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的技術(shù)，推進碲化鎘發(fā)電玻璃的產(chǎn)研結(jié)合，推進“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”貢獻中國科技。
