A DOE támogatja a kadmium-tellurid (CdTe) napelemek jelenlegi technológiai és kereskedelmi akadályainak leküzdésére irányuló innovatív kutatásokat. Az alábbiakban felsoroljuk a jelenlegi projekteket, összefoglaljuk az előnyöket, és tárgyaljuk az e napenergia-technológia előállítási és gyártási technikáit.
Háttér
A CdTe napelemek a kristályos szilícium után a második legelterjedtebb fotovoltaikus (PV) technológia a világpiacon, jelenleg a világpiac 5%-át képviselik. A CdTe vékonyrétegű napelemek gyorsan és olcsón gyárthatók, így olcsóbb alternatívát jelentenek a hagyományos szilíciumalapú technológiákhoz képest. A laboratóriumi CdTe napelemek rekord hatásfoka a First Solar által elért 22,1%, míg a First Solar nemrégiben jelentette, hogy a kereskedelmi modulok átlagos hatásfoka 2015 végén 16,1% volt.
Kutatási irányok
A jelenlegi projektek a kristályminőség javításával, az adalékolás szabályozásának javításával és a kisebbségi hordozó élettartam növelésével igyekeznek nagyobb cellahatékonyságot elérni. A gyártók az anyagok újrafelhasználásának és újrahasznosításának lehetőségét is vizsgálják a toxicitással és az anyaghiánnyal kapcsolatos aggodalmak enyhítése érdekében.
Tudjon meg többet a DOE Napenergia Technológiák Hivatalának díjazottjairól és a CdTe-vel kapcsolatos projektekről az alábbiakban.
- Arizona Állami Egyetem (Fotovoltaikus kutatás és fejlesztés)
- Washington Állami Egyetem (Fotovoltaikus kutatás és fejlesztés)
- Texasi Állami Egyetem (Fotovoltaikus kutatás és fejlesztés)
- Colorado State University (Fotovoltaikus kutatás és fejlesztés)
- University of Illinois at Chicago (Fotovoltaikus kutatás és fejlesztés)
- Colorado State University (Fotovoltaikus kutatás és fejlesztés: 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)
Benefits
A CdTe vékonyrétegű napelemek előnyei közé tartoznak:
- Magas abszorpció: A kadmium-tellurid egy közvetlen sávhézagú anyag, amelynek sávhézag energiája körülbelül 1,45 meghatározott (eV), ami jól illeszkedik a napspektrumhoz, és szinte optimális a napfény elektromos árammá alakításához egyetlen csomópont segítségével.
- Az alacsony költségű gyártás: A kadmium-tellurid napelemek alacsony költségű gyártási technológiát használnak az olcsó cellák előállításához.
Termelés
A legelterjedtebb CdTe napelemek egy egyszerű p-n heteroátmenetű szerkezetből állnak, amely egy p-dotált CdTe réteget tartalmaz, amelyhez egy n-dotált kadmium-szulfid (CdS) réteg párosul, amely ablakrétegként működik. Ez a szerkezet hasonló a CIGS-cellák heteroátmenetéhez. Mint a legtöbb vékonyrétegű napenergia-technológiánál, a hordozógyűjtés sodrással vagy mezővel segített gyűjtéssel történik.
A tipikus CdTe vékonyréteg-leválasztási technikák a következők: közeli szublimáció, gőzszállító leválasztás, fizikai-gőzleválasztás, porlasztásos leválasztás, elektroleválasztás, fémorganikus kémiai-gőzleválasztás, porlasztásos leválasztás és szitanyomásos leválasztás.
A CdTe napelemeket egy kiváló minőségű átlátszó vezető oxid (TCO) – általában fluorral adalékolt ón-oxid (SnO2:F) – és egy hátsó elektromos kontaktus – jellemzően réz (Cu) fém- vagy szénpaszta – hozzáadásával egészítik ki. A Cu hátsó kontaktusban való használatának egyik hátránya a Cu atomok fokozatos diffúziója a CdTe és CdS rétegekbe, ami hibákat hoz létre és elősegíti a Cu felhalmozódását a CdTe/CdS átmenetnél.
A CdTe napelemek összteljesítménye jelentősen javult a kadmium-klorid (CdCl2) gőzkezelés felfedezése után. Ezt a lágyítási folyamatot oxigén jelenlétében, 390°C közeli hőmérsékleten hajtják végre, miután a CdTe-réteget a CdS-rétegre növesztették, és a hátsó érintkező leválasztása előtt. A CdCl2 kezelés pozitív hatással van a CdTe napelemre, például nagyobb CdTe szemcsék növekedését és a hibák passziválását eredményezi.
A kadmium-tellurid napelemekkel kapcsolatos további információkért látogasson el az Energy Basics weboldalra.