DOE tukee innovatiivista tutkimusta, jossa keskitytään kadmiumtelluridiaurinkokennojen (CdTe) nykyisten teknologisten ja kaupallisten esteiden voittamiseen. Seuraavassa on luettelo nykyisistä hankkeista, yhteenveto hyödyistä ja keskustelua tämän aurinkoteknologian tuotanto- ja valmistustekniikoista.
Tausta
CdTe-aurinkokennot ovat kiteisen piin jälkeen toiseksi yleisin aurinkosähköteknologia maailmanmarkkinoilla, ja niiden osuus maailmanmarkkinoista on tällä hetkellä 5 prosenttia. CdTe-ohutkalvoaurinkokennoja voidaan valmistaa nopeasti ja edullisesti, mikä tarjoaa edullisemman vaihtoehdon perinteisille piipohjaisille teknologioille. First Solarin laboratoriossa valmistetun CdTe-aurinkokennon ennätyshyötysuhde on 22,1 prosenttia, ja First Solar ilmoitti hiljattain keskimääräisen kaupallisen moduulin hyötysuhteen olevan 16,1 prosenttia vuoden 2015 lopussa.
Tutkimussuuntaukset
Nykyhankkeissa pyritään parantamaan kennon hyötysuhdetta parantamalla kiteen laatua, parantamalla dopingin hallintaa ja lisäämällä vähemmistökantajien elinikää. Valmistajat tutkivat myös mahdollisuutta materiaalien uudelleenkäyttöön ja kierrätykseen keinona lieventää myrkyllisyyteen ja materiaalien niukkuuteen liittyviä huolenaiheita.
Lisätietoa DOE:n aurinkoenergiateknologiatoimiston (DOE Solar Energy Technologies Office) palkituista henkilöistä ja CdTe:tä sisältävistä hankkeista alla.
- Arizonan osavaltionyliopisto (aurinkosähkötutkimus ja -kehitys)
- Washingtonin osavaltionyliopisto (aurinkosähkötutkimus ja -kehitys)
- Texasin osavaltionyliopisto (aurinkosähkötutkimus ja -kehitys)
- Coloradon osavaltionyliopisto (Valosähköinen tutkimus ja kehittäminen)
- Coloradon osavaltionyliopisto (Valosähköinen tutkimus ja kehittäminen)
- Coloradon osavaltionyliopisto (Valosähköinen tutkimus ja kehittäminen: 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)
- Chicagon yliopisto (Next Generation Photovoltaics II Projects)
- Illinois’n yliopisto Urbanassa (Next Generation Photovoltaics II Projects)
- 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)
Hyötyjä
CdTe-ohutkalvoaurinkokennojen hyötyjä ovat:
- Korkea absorptio: Kadmiumtelluridi on suoran kaistaläpän materiaali, jonka kaistaläpän energia on noin 1,45 määriteltyä (eV), mikä sopii hyvin auringon spektriin ja on lähes optimaalinen auringonvalon muuntamiseen sähköksi yhdellä liitoksella.
- Matalat valmistuskustannukset: Kadmiumtelluridiaurinkokennoissa käytetään edullista valmistustekniikkaa edullisten kennojen tuottamiseksi.
Tuotanto
Yleisimmät CdTe-aurinkokennot koostuvat yksinkertaisesta p-n-heteroliitosrakenteesta, joka sisältää p-dopioidun CdTe-kerroksen, johon on sovitettu n-dopioitu kadmiumsulfidikerros (Cadmium Sulfide, CdS), joka toimii ikkunakerroksena. Tämä rakenne on samanlainen kuin CIGS-kennojen heteroliitos. Kuten useimmissa ohutkalvo-aurinkotekniikoissa, kantoaineiden keräys tapahtuu ajelehtimalla tai kenttäavusteisella keräyksellä.
Tyypillisiä CdTe-ohutkalvopäällystystekniikoita ovat muun muassa: lähekkäin tapahtuva sublimaatio, höyrynkuljetuspäällystys, fysikaalinen höyrynkuljetuspäällystys, katodipölytyspäällystys, sähkösuodatus, metalli-orgaaninen kemiallinen höyrynkuljetuspäällystys, ruiskupäällystys ja seulanäytteenä suoritettava päällystys.
CdTe-aurinkokennot viimeistellään lisäämällä niihin korkealaatuinen läpinäkyvä johtava oksidi (TCO) – yleensä fluorilla seostettu tinaoksidi (SnO2:F) – ja sähköinen takakontakti – tyypillisesti metalli- tai hiilipasta, jossa on kuparia (Cu). Yksi Cu:n käyttämisen haittapuoli takakontaktissa on Cu-atomien asteittainen diffuusio CdTe- ja CdS-kerroksiin, mikä luo vikoja ja edistää Cu:n kertymistä CdTe/CdS-liitokseen.
CdTe-aurinkokennojen kokonaissuorituskyky parani merkittävästi sen jälkeen, kun keksittiin kadmiumkloridia (CdCl2) sisältävä höyrykäsittely. Tämä hehkutusprosessi suoritetaan hapen läsnä ollessa lämpötiloissa lähellä 390 °C sen jälkeen, kun CdTe-kerros on kasvatettu CdS-kerroksen päälle ja ennen takakosketuspinnoitusta. CdCl2-käsittelyllä on myönteisiä vaikutuksia CdTe-aurinkokennoon, kuten suurempien CdTe-rakeiden kasvu ja vikojen passivointi.
Lisätietoja kadmiumtelluridiaurinkokennoista on Energy Basics -sivustolla.