DOE støtter innovativ forskning med fokus på at overvinde de nuværende teknologiske og kommercielle hindringer for solceller af cadmiumtellurid (CdTe). Nedenfor findes en liste over igangværende projekter, en oversigt over fordelene og en diskussion af de produktions- og fremstillingsteknikker, der anvendes til denne solcelleteknologi.
Baggrund
CdTe-solceller er den næstmest udbredte solcelleteknologi på verdensmarkedet efter krystallinsk silicium og tegner sig i øjeblikket for 5 % af verdensmarkedet. CdTe-tyndfilmssolceller kan fremstilles hurtigt og billigt, hvilket giver et billigere alternativ til konventionelle siliciumbaserede teknologier. Den rekordhøje effektivitet for en laboratoriesolcelle af CdTe-solceller er 22,1 % fra First Solar, mens First Solar for nylig rapporterede, at den gennemsnitlige kommercielle moduleffektivitet var 16,1 % ved udgangen af 2015.
Forskningsretninger
I aktuelle projekter søges højere celleeffektivitet ved at øge krystalkvaliteten, forbedre dopingkontrollen og øge minoritetsbærernes levetid. Producenterne undersøger også muligheden for genbrug og genanvendelse af materialer som en måde at mindske bekymringerne om toksicitet og materialeknaphed.
Læs mere om DOE Solar Energy Technologies Office-prismodtagerne og de projekter, der involverer CdTe, nedenfor.
- Arizona State University (fotovoltaisk forskning og udvikling)
- Washington State University (fotovoltaisk forskning og udvikling)
- Texas State University (fotovoltaisk forskning og udvikling)
- Colorado State University (Forskning og udvikling inden for solceller)
- University of Illinois at Chicago (Forskning og udvikling inden for solceller)
- Colorado State University (Forskning og udvikling inden for solceller: Små innovative projekter inden for solenergi)
- Colorado State University (Grundlæggende program til fremme af celleeffektivitet)
- National Renewable Energy Laboratory (Grundlæggende program til fremme af celleeffektivitet)
- Oak Ridge National Laboratory (Grundlæggende program til fremme af celleeffektivitet)
- 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)
Fordele
Fordelene ved CdTe tyndfilmssolceller omfatter:
- Høj absorption: Cadmiumtellurid er et materiale med direkte båndgab med en båndgabsenergi på ca. 1,45 defineret (eV), hvilket er godt tilpasset solspektret og næsten optimalt til at omdanne sollys til elektricitet ved hjælp af en enkelt samling.
- Lav pris for fremstilling:
- Lav pris for fremstilling: Cadmiumtellurid er et materiale med direkte båndgab med en båndgabsenergi på ca: Cadmiumtellurid-solceller anvender lavprisproduktionsteknologi til at fremstille billige celler.
Fremstilling
De mest almindelige CdTe-solceller består af en simpel p-n-heteroovergangsstruktur, der indeholder et p-doteret CdTe-lag matchet med et n-doteret cadmiumsulfid (CdS)-lag, der fungerer som et vindueslag. Denne struktur svarer til heteroforbindelsen i CIGS-celler. Som det er tilfældet med de fleste tyndfilmssolteknologier, sker opsamling af ladninger ved drift eller feltassisteret opsamling.
Typiske CdTe-tyndfilmsdepositionsteknikker omfatter: sublimering med tæt afstand, damptransportdeposition, fysisk dampdeposition, sputterdeposition, elektrodeposition, metalorganisk kemisk dampdeposition, spraydeposition og screen-print-deposition.
CdTe-solceller færdiggøres ved at tilføje et transparent ledende oxid (TCO) af høj kvalitet – normalt fluor-doteret tinoxid (SnO2:F) – og en elektrisk bagkontakt – typisk en metal- eller kulstofpasta med kobber (Cu). En ulempe ved at bruge Cu i bagkontakten er den gradvise diffusion af Cu-atomer ind i CdTe- og CdS-lagene, hvilket skaber defekter og fremmer Cu-akkumulering ved CdTe/CdS-overgangen.
Den samlede CdTe-solcelleydelse blev forbedret betydeligt efter opdagelsen af en cadmiumchlorid (CdCl2)-dampbehandling. Denne glødningsproces udføres i tilstedeværelse af ilt ved temperaturer nær 390 °C, efter at CdTe-laget er vokset på CdS-laget og før aflejringen af bagkontakten. CdCl2-behandlingen har positive virkninger på CdTe-solcellen, f.eks. vækst af større CdTe-korn og passivering af defekter.
For yderligere oplysninger om cadmiumtellurid-solceller kan du besøge Energy Basics-webstedet.