DOE podporuje inovativní výzkum zaměřený na překonání současných technologických a obchodních překážek pro solární články z teluridu kadmia (CdTe). Níže je uveden seznam současných projektů, shrnutí přínosů a diskuse o výrobních a produkčních technikách používaných pro tuto solární technologii.
Souvislosti
Solární články CdTe jsou po krystalickém křemíku druhou nejrozšířenější fotovoltaickou (PV) technologií na světovém trhu a v současnosti představují 5 % světového trhu. Tenkovrstvé solární články CdTe lze vyrábět rychle a levně, což představuje levnější alternativu ke konvenčním technologiím na bázi křemíku. Rekordní účinnost laboratorního CdTe solárního článku společnosti First Solar je 22,1 %, přičemž společnost First Solar nedávno oznámila, že průměrná účinnost komerčních modulů na konci roku 2015 činila 16,1 %.
Směry výzkumu
Současné projekty usilují o vyšší účinnost článků zvýšením kvality krystalů, zlepšením kontroly dopování a zvýšením životnosti minoritních nosičů. Výrobci také zkoumají možnost opětovného použití a recyklace materiálů jako způsob, jak zmírnit obavy z toxicity a nedostatku materiálů.
Níže se dozvíte více o laureátech ocenění Úřadu DOE pro technologie solární energie a o projektech týkajících se CdTe.
- Arizonská státní univerzita (fotovoltaický výzkum a vývoj)
- Washingtonská státní univerzita (fotovoltaický výzkum a vývoj)
- Texaská státní univerzita (fotovoltaický výzkum a vývoj)
- Colorado State University (Photovoltaic Research and Development)
- University of Illinois at Chicago (Photovoltaic Research and Development)
- Colorado State University (Photovoltaic Research and Development: Small Innovative Projects in Solar)
- Colorado State University (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
- National Renewable Energy Laboratory (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
- Oak Ridge National Laboratory (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
- University of Chicago (Next Generation Photovoltaics II Projects)
- University of Illinois at Urbana.Champaign (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
- University of Illinois (Bridging Research Interactions through collaborative Development Grants in Energy)
- University of South Florida (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
Přínosy
Mezi výhody tenkovrstvých solárních článků CdTe patří:
- Vysoká absorpce:
- Nízkonákladová výroba.
- Telurid kadmia je materiál s přímou pásmovou propustí s energií pásu přibližně 1,45 definovaných (eV), která dobře odpovídá slunečnímu spektru a je téměř optimální pro přeměnu slunečního světla na elektřinu pomocí jediného přechodu:
Výroba
Nejběžnější solární články CdTe se skládají z jednoduché p-n heteropřechodové struktury obsahující p-dopovanou vrstvu CdTe spojenou s n-dopovanou vrstvou sulfidu kadmia (CdS), která funguje jako okenní vrstva. Tato struktura je podobná heteropřechodu v článcích CIGS. Stejně jako u většiny tenkovrstvých solárních technologií se sběr nosičů provádí driftem nebo sběrem za pomoci pole.
Typické techniky nanášení tenkých vrstev CdTe zahrnují: sublimaci v těsné vzdálenosti, napařování, fyzikální napařování, naprašování, elektrodepozici, kovově-organickou chemickou depozici, sprejovou depozici a sítotiskovou depozici.
Solární články CdTe jsou doplněny přidáním vysoce kvalitního transparentního vodivého oxidu (TCO) – obvykle oxidu cínu dopovaného fluorem (SnO2:F) – a zadního elektrického kontaktu – obvykle kovové nebo uhlíkové pasty s mědí (Cu). Jednou z nevýhod použití Cu v zadním kontaktu je postupná difúze atomů Cu do vrstev CdTe a CdS, což vytváří defekty a podporuje hromadění Cu na přechodu CdTe/CdS.
Celkový výkon solárních článků CdTe se výrazně zlepšil po objevu úpravy parami chloridu kademnatého (CdCl2). Tento proces žíhání se provádí za přítomnosti kyslíku při teplotách blízkých 390 °C po vypěstování vrstvy CdTe na vrstvě CdS a před nanesením zpětného kontaktu. Ošetření CdCl2 má na solární článek CdTe pozitivní účinky, například růst větších zrn CdTe a pasivaci defektů.
Další informace o kadmium-telluridových solárních článcích naleznete na webových stránkách Energy Basics.
.