Tellurure de cadmium

Contexte

Les cellules solaires en CdTe sont la deuxième technologie photovoltaïque (PV) la plus répandue sur le marché mondial après le silicium cristallin, représentant actuellement 5% du marché mondial. Les cellules solaires en couches minces de CdTe peuvent être fabriquées rapidement et à moindre coût, offrant ainsi une alternative moins coûteuse aux technologies conventionnelles à base de silicium. Le rendement record pour une cellule solaire CdTe de laboratoire est de 22,1 % par First Solar, tandis que First Solar a récemment indiqué que le rendement moyen de ses modules commerciaux était de 16,1 % à la fin de 2015.

Directions de la recherche

Les projets actuels cherchent à obtenir des rendements de cellule plus élevés en augmentant la qualité des cristaux, en améliorant le contrôle du dopage et en augmentant la durée de vie des porteurs minoritaires. Les fabricants étudient également la possibilité de réutiliser et de recycler les matériaux comme moyen d’atténuer les préoccupations sur la toxicité et la rareté des matériaux.

En savoir plus sur les lauréats du DOE Solar Energy Technologies Office et les projets impliquant le CdTe ci-dessous.

• Université d’État de l’Arizona (recherche et développement photovoltaïque)
• Université d’État de Washington (recherche et développement photovoltaïque)
• Université d’État du Texas (recherche et développement photovoltaïque)

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• Université d’État du Colorado (Recherche et développement photovoltaïque)
• Université de l’Illinois à Chicago (Recherche et développement photovoltaïque)
• Université d’État du Colorado (Recherche et développement photovoltaïque : Petits projets innovants dans le domaine de l’énergie solaire)
• Université d’État du Colorado (Programme fondamental pour faire progresser l’efficacité des cellules)
• National Renewable Energy Laboratory (Programme fondamental pour faire progresser l’efficacité des cellules)
• Oak Ridge National Laboratory (Programme fondamental pour faire progresser l’efficacité des cellules)
• Université de Chicago (Projets photovoltaïques de nouvelle génération II)
• Université de l’Illinois à Urbana-.Champaign (Programme fondamental pour faire progresser l’efficacité des cellules)
• Université de l’Illinois (Bridging Research Interactions through collaborative Development Grants in Energy)
• Université de Floride du Sud (Programme fondamental pour faire progresser l’efficacité des cellules)

Avantages

Les avantages des cellules solaires à couches minces CdTe comprennent :

• Haute absorption : Le tellurure de cadmium est un matériau à bande interdite directe dont l’énergie de bande interdite est d’environ 1,45 défini (eV), ce qui correspond bien au spectre solaire et est presque optimal pour convertir la lumière du soleil en électricité en utilisant une seule jonction.
• Fabrication à faible coût : Les cellules solaires au tellurure de cadmium utilisent une technologie de fabrication à faible coût pour produire des cellules à faible coût.

Production

Les cellules solaires CdTe les plus courantes sont constituées d’une structure d’hétérojonction p-n simple contenant une couche de CdTe dopée p appariée à une couche de sulfure de cadmium (CdS) dopée n, qui joue le rôle de couche fenêtre. Cette structure est similaire à l’hétérojonction des cellules CIGS. Comme pour la plupart des technologies solaires à couche mince, la collecte des porteurs est accomplie par dérive, ou collecte assistée par le champ.

Les techniques typiques de dépôt de CdTe en couche mince comprennent : la sublimation à espacement rapproché, le dépôt par transport de vapeur, le dépôt par vapeur physique, le dépôt par pulvérisation, l’électrodéposition, le dépôt par vapeur chimique métallo-organique, le dépôt par pulvérisation et le dépôt par sérigraphie.

Les cellules solaires en CdTe sont complétées par l’ajout d’un oxyde conducteur transparent (TCO) de haute qualité – généralement de l’oxyde d’étain dopé au fluor (SnO2:F) – et d’un contact électrique arrière – généralement une pâte métallique ou de carbone avec du cuivre (Cu). L’un des inconvénients de l’utilisation de Cu dans le contact arrière est la diffusion progressive des atomes de Cu dans les couches de CdTe et de CdS, ce qui crée des défauts et favorise l’accumulation de Cu à la jonction CdTe/CdS.

Les performances globales des cellules solaires CdTe ont été considérablement améliorées après la découverte d’un traitement à la vapeur de chlorure de cadmium (CdCl2). Ce processus de recuit est accompli en présence d’oxygène à des températures proches de 390°C après la croissance de la couche de CdTe sur la couche de CdS et avant le dépôt de back-contact. Le traitement au CdCl2 a des effets positifs sur la cellule solaire CdTe, comme la croissance de grains de CdTe plus gros et la passivation des défauts.

Pour plus d’informations sur les cellules solaires au tellurure de cadmium, visitez le site Web Energy Basics.