碲化镉光伏中的镉，是安全隐患还是可控因子？

随着光伏建筑一体化（BIPV）的蓬勃发展，碲化镉薄膜电池正成为建筑师和能源工程师的新宠。然而，“镉”这个字眼，不可避免地触动着公众对重金属毒性的敏感神经。

人们不禁要问：将含镉的光伏板安装在办公楼、学校、甚至住宅的屋顶或幕墙上，会不会带来健康隐患？

今天，我们就来深入剖析镉这一元素在碲化镉光伏建筑应用中究竟有没有毒性。

1 高熔点：碲化镉本身的“钢铁封印”

镉（Cd）的毒性毋庸置疑，长期或大量接触可引发肾脏损害、骨质疏松甚至癌症。

然而，在碲化镉薄膜光伏电池中，镉并非以单质的形式存在，而是与碲组合成极其稳定的、惰性的二元化合物半导体材料。

碲化镉易于规模化生产，5种技术曾经或正在用于工业化生产；二元化合物容易生成单相材料，成膜质量好，晶粒大，沉积速率高，原材料利用率高

碲化镉化学键能高达5.7eV，是镉元素在自然界中最稳定的化合态之一。不溶于水和弱酸，熔点高达1041℃，远超过光伏组件在自然环境和火灾中可能遇到的温度，火灾时火焰的温度（通常为800——1000℃）还不足以使碲化镉蒸发。

而构成碲化镉薄膜太阳能组件的另一材料——硫化镉的熔点高达1750℃，要使其在800℃蒸发时需将气压调到0.1torr（0.0001atm），远低于标准大气压。

美国布鲁克海文国家实验室和德国的GSF学院针对碲化镉薄膜太阳能电池组件使用过程中，遇到火灾等意外事故造成组件损毁时镉的污染进行了研究。

研究人员在模拟建筑物发生火灾的情况下，对双玻封装的碲化镉薄膜太阳能电池组件进行试验，实验温度高达1100℃。结果表明，高温下玻璃变软以至于熔化，但化合物半导体薄膜被包封在软化了的玻璃中，镉流失量不到电池所含镉总量的0.04%。

考虑到发生火灾的几率，得出使用过程中，镉的排放量不到0.06mg/GWh。

2 低排放：全生命周期视角下的镉排放真相

不同的能源技术在其生命周期内或多或少都会有镉排放，与其他能源技术相比，碲化镉光伏组件在全生命周期内的镉排放量极低。美国布鲁克文国家实验室基于对美国First Solar公司碲化镉薄膜太阳能电池生产线、碲化镉太阳能电池组件使用现场的系统考察，以及对其他太阳能电池、能源的实际生产企业的工艺、相关产品的使用环境的分析，对全生命周期不同能源的镉排放进行了系统性地研究。

研究结果表明：石油的镉排放量是最高的，达到44.3g/Gwh，煤炭次之，为3.7g/Gwh。各种太阳能电池的排放量均小于化石能源，普遍低于1g/GWh。其中又以碲化镉薄膜太阳能组件的镉排放量最低，仅为0.3g/Gwh，与清洁能源天然气持平。晶硅太阳能电池的镉排放量约为碲化镉太阳能电池的两倍。

除了镉，该实验室还深入比较了碲化镉与晶硅太阳能电池在生产和运行过程中其他重金属的排放水平，包括砷（As）、铬（Cr）、铅（Pb）、汞（Hg）、镍（Ni）等。研究结果显示：碲化镉太阳能电池的这些重金属排放量也显著低于晶硅太阳能电池。

3 镉含量：一平米组件< 一节镍镉电池

碲化镉（CdTe）光伏组件中的镉含量，相较于公众对其“含镉”标签的固有印象，实际上是非常微量的。其含量与电池片的面积以及构成发电核心的CdTe和CdS（硫化镉）薄膜功能层的厚度直接相关。

一平方米大小的电池片，平均每微米厚度的碲化镉薄膜太阳能层含镉量为2.9克，每微米厚度硫化镉薄膜太阳能层含镉量约3.7克。一般工艺中，碲化镉薄膜太阳能层的厚度大约在1~3微米左右，而作为缓冲层硫化镉薄膜的厚度则在0.2微米左右。也就是说，每平米的电池片中，碲化镉薄膜太阳能层的含镉量在3~9克左右，而硫化镉薄膜太阳能层的含镉量则小于1克。

并且，随着研究和行业工艺的发展，CdTe和CdS功能层的厚度还将继续减小，这意味着，单位面积碲化镉光伏组件的镉用量呈下降的趋势，未来的组件将比现在含有更少的镉。

为了更清晰直观地认识碲化镉薄膜太阳能组件中镉含量的水平，我们来与日常生活中常见的含镉产品——镍镉电池进行对比。每平米碲化镉电池含镉量在7g左右，而二号镍镉电池则在10.5左右。

也就是说，一块1平米，持续发电至少25年的碲化镉光伏组件，其所含镉元素的总量，比你放在遥控器或者旧玩具里的一节小电池还要少。

然而任何产品终将进入报废阶段，健全的回收体系才是彻底解决镉潜在环境风险的保障。庆幸的是，First Solar、龙焱能源会与客户在销售合同中签订组件回收至原厂的专门条款。据了解，龙焱已经成功研发出废旧组件的回收和再利用的专利技术，其废旧组件回收后镉的回收率可以达到90%。

另外，First Solar和龙焱能源自公司成立以来，每年都对公司员工进行血液、尿液检测，结果表明镉指标远低于安全阈值。

值得一提的是，镉是锌、铅、铜冶炼过程中产生的副产品。每年都有大量的锌被提炼出来，因而大量的副产品铜也被提炼出来。这些含镉副产品如若不加以处理，对环境的危害巨大。而碲化镉光伏技术恰恰为这部分“工业废料”提供了一个最环保、绿色的循环利用，从源头减少镉向环境的排放。

综合考量惰性化合物碲化镉材料的稳定性、全生命周期镉排放、成熟的闭环回收工艺等，我们可以清晰地认识到：现代碲化镉薄膜光伏组件用在建筑上所带来的镉暴露风险是极低且可控的，不会对建筑使用者的健康和大气环境构成威胁。

光伏产业对镉的利用，本质上是将一种危险的环境污染物，通过高科技手段转化为稳定、高效、可持续的清洁能源载体，并将其安全地“封印”在光伏组件中长达几十年。这不仅是技术的胜利，更是循环经济与环境保护的智慧结晶。

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