Il DOE sostiene la ricerca innovativa incentrata sul superamento delle attuali barriere tecnologiche e commerciali per le celle solari al tellururo di cadmio (CdTe). Di seguito un elenco dei progetti in corso, un riassunto dei benefici e una discussione sulle tecniche di produzione e fabbricazione utilizzate per questa tecnologia solare.
Sfondo
Le celle solari CdTe sono la seconda tecnologia fotovoltaica (PV) più diffusa nel mercato mondiale dopo il silicio cristallino, e rappresentano attualmente il 5% del mercato mondiale. Le celle solari a film sottile di CdTe possono essere prodotte rapidamente ed economicamente, fornendo un’alternativa a basso costo alle tecnologie convenzionali basate sul silicio. L’efficienza record per una cella solare CdTe da laboratorio è del 22,1% da parte di First Solar, mentre First Solar ha recentemente riferito che l’efficienza media dei moduli commerciali è del 16,1% alla fine del 2015.
Direzioni della ricerca
I progetti attuali cercano di aumentare l’efficienza delle celle aumentando la qualità dei cristalli, migliorando il controllo del drogaggio e aumentando la durata dei portatori minoritari. I produttori stanno anche studiando la possibilità di riutilizzare e riciclare i materiali come un modo per mitigare le preoccupazioni sulla tossicità e la scarsità dei materiali.
Per saperne di più sui premiati del DOE Solar Energy Technologies Office e sui progetti che riguardano il CdTe qui sotto.
- Arizona State University (Ricerca e sviluppo fotovoltaico)
- Washington State University (Ricerca e sviluppo fotovoltaico)
- Texas State University (Ricerca e sviluppo fotovoltaico)
- Università statale del Colorado (Ricerca e sviluppo fotovoltaico)
- Università dell’Illinois a Chicago (Ricerca e sviluppo fotovoltaico)
- Università statale del Colorado (Ricerca e sviluppo fotovoltaico: 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)
- Università dell’Illinois (Bridging Research Interactions through collaborative Development Grants in Energy)
- Università della Florida del Sud (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
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Benefici
I benefici delle celle solari a film sottile di CdTe includono:
- Alto assorbimento: Il tellururo di cadmio è un materiale a bandgap diretto con un’energia di bandgap di circa 1,45 definito (eV), che è ben abbinato allo spettro solare e quasi ottimale per convertire la luce solare in elettricità utilizzando una singola giunzione.
- Produzione a basso costo: Le celle solari al tellururo di cadmio utilizzano una tecnologia di produzione a basso costo per produrre celle a basso costo.
Produzione
Le celle solari CdTe più comuni consistono in una semplice struttura di eterogiunzione p-n contenente uno strato di CdTe drogato p e uno strato di solfuro di cadmio (CdS) drogato n, che funge da strato finestra. Questa struttura è simile all’etero-giunzione nelle celle CIGS. Come con la maggior parte delle tecnologie solari a film sottile, la raccolta dei portatori è realizzata per deriva, o raccolta assistita dal campo.
Le tecniche tipiche di deposizione di film sottile di CdTe includono: sublimazione ravvicinata, deposizione di trasporto del vapore, deposizione fisica del vapore, deposizione sputter, elettrodeposizione, deposizione chimica di vapore metallorganico, deposizione spray, e deposizione serigrafica.
Le celle solari CdTe sono completate dall’aggiunta di un ossido conduttivo trasparente di alta qualità (TCO) – di solito ossido di stagno drogato con fluoro (SnO2:F) – e un contatto elettrico posteriore – di solito una pasta di metallo o carbonio con rame (Cu). Uno svantaggio dell’uso del Cu nel contatto posteriore è la diffusione graduale degli atomi di Cu negli strati di CdTe e CdS, che crea difetti e promuove l’accumulo di Cu alla giunzione CdTe/CdS.
Le prestazioni complessive delle celle solari CdTe sono state significativamente migliorate dopo la scoperta di un trattamento con vapore di cloruro di cadmio (CdCl2). Questo processo di ricottura è realizzato in presenza di ossigeno a temperature vicine ai 390°C dopo che lo strato di CdTe è cresciuto sullo strato di CdS e prima della deposizione del back-contact. Il trattamento CdCl2 ha effetti positivi sulla cella solare CdTe, come la crescita di grani di CdTe più grandi e la passivazione dei difetti.
Per maggiori informazioni sulle celle solari al tellururo di cadmio, visita il sito web Energy Basics.