El DOE apoya la investigación innovadora centrada en la superación de las actuales barreras tecnológicas y comerciales para las células solares de teluro de cadmio (CdTe). A continuación se presenta una lista de los proyectos actuales, un resumen de los beneficios y una discusión de las técnicas de producción y fabricación utilizadas para esta tecnología solar.
Antecedentes
Las células solares de CdTe son la segunda tecnología fotovoltaica (PV) más común en el mercado mundial después del silicio cristalino, representando actualmente el 5% del mercado mundial. Las células solares de capa fina de CdTe pueden fabricarse de forma rápida y económica, lo que supone una alternativa de menor coste a las tecnologías convencionales basadas en el silicio. El récord de eficiencia de una célula solar de CdTe de laboratorio es del 22,1% por parte de First Solar, mientras que First Solar informó recientemente de que la eficiencia media de sus módulos comerciales era del 16,1% a finales de 2015.
Direcciones de la investigación
Los proyectos actuales buscan mayores eficiencias de las células mediante el aumento de la calidad del cristal, la mejora del control del dopaje y el aumento de la vida útil del portador minoritario. Los fabricantes también están investigando la posibilidad de reutilizar y reciclar los materiales como forma de mitigar las preocupaciones sobre la toxicidad y la escasez de materiales.
Aprenda más sobre los adjudicatarios de la Oficina de Tecnologías de la Energía Solar del DOE y los proyectos relacionados con el CdTe a continuación.
- Universidad Estatal de Arizona (Investigación y Desarrollo Fotovoltaico)
- Universidad Estatal de Washington (Investigación y Desarrollo Fotovoltaico)
- Universidad Estatal de Texas (Investigación y Desarrollo Fotovoltaico)
- Universidad Estatal de Colorado (Investigación y Desarrollo Fotovoltaico)
- Universidad de Illinois en Chicago (Investigación y Desarrollo Fotovoltaico)
- Universidad Estatal de Colorado (Investigación y Desarrollo Fotovoltaico: Pequeños proyectos innovadores en energía solar)
- Universidad Estatal de Colorado (Programa fundacional para el avance de la eficiencia de las células)
- Laboratorio Nacional de Energías Renovables (Programa fundacional para el avance de la eficiencia de las células)
- Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Programa fundacional para el avance de la eficiencia de las células)
- Universidad de Chicago (Proyectos de la próxima generación fotovoltaica II)
- Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
- Universidad de Illinois (Bridging Research Interactions through collaborative Development Grants in Energy)
- Universidad del Sur de Florida (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
Beneficios
Los beneficios de las células solares de capa fina de CdTe incluyen:
- Alta absorción: El teluro de cadmio es un material de banda directa con una energía de banda definida (eV) de aproximadamente 1,45, que se ajusta bien al espectro solar y es casi óptima para convertir la luz solar en electricidad utilizando una sola unión.
- Fabricación de bajo coste: Las células solares de teluro de cadmio utilizan tecnología de fabricación de bajo coste para producir células de bajo coste.
Producción
Las células solares de CdTe más comunes consisten en una simple estructura de heterounión p-n que contiene una capa de CdTe dopada con p emparejada con una capa de sulfuro de cadmio (CdS) dopada con n, que actúa como capa de ventana. Esta estructura es similar a la heterojunción de las células CIGS. Como en la mayoría de las tecnologías solares de capa fina, la captación de portadores se realiza por deriva o por captación asistida por campo.
Las técnicas típicas de deposición de la capa fina de CdTe incluyen: la sublimación a corta distancia, la deposición por transporte de vapor, la deposición por vapor físico, la deposición por pulverización, la electrodeposición, la deposición por vapor químico metal-orgánico, la deposición por pulverización y la deposición por serigrafía.
Las células solares de CdTe se completan añadiendo un óxido conductor transparente (TCO) de alta calidad -generalmente óxido de estaño dopado con flúor (SnO2:F)- y un contacto eléctrico posterior -generalmente una pasta metálica o de carbono con cobre (Cu). Una de las desventajas de utilizar Cu en el contacto posterior es la difusión gradual de átomos de Cu en las capas de CdTe y CdS, lo que crea defectos y promueve la acumulación de Cu en la unión CdTe/CdS.
El rendimiento general de las células solares de CdTe mejoró significativamente tras el descubrimiento de un tratamiento con vapor de cloruro de cadmio (CdCl2). Este proceso de recocido se realiza en presencia de oxígeno a temperaturas cercanas a los 390°C después de que la capa de CdTe crezca sobre la capa de CdS y antes de la deposición de contacto posterior. El tratamiento con CdCl2 tiene efectos positivos en la célula solar de CdTe, como el crecimiento de granos de CdTe más grandes y la pasivación de defectos.
Para obtener más información sobre las células solares de teluro de cadmio, visite el sitio web Energy Basics.