Kadmiumtellurid

Bakgrund

CdTe-solceller är den näst vanligaste solcellstekniken på världsmarknaden efter kristallint kisel och utgör för närvarande 5 % av världsmarknaden. CdTe-tunnfilmssolceller kan tillverkas snabbt och billigt, vilket ger ett billigare alternativ till konventionell kiselbaserad teknik. First Solar har satt rekord i effektivitet för en CdTe-solcell för laboratoriebruk med 22,1 %, medan First Solar nyligen rapporterade att den genomsnittliga kommersiella moduleffektiviteten var 16,1 % i slutet av 2015.

Forskningsinriktningar

I aktuella projekt strävar man efter högre celeffektivitet genom att öka kristallkvaliteten, förbättra dopningskontrollen och öka minoritetsbärarnas livslängd. Tillverkare undersöker också möjligheten till återanvändning och återvinning av material som ett sätt att minska problemen med toxicitet och materialbrist.

Läs mer om DOE Solar Energy Technologies Office-pristagarna och projekten med CdTe nedan.

• Arizona State University (forskning och utveckling av solceller)
• Washington State University (forskning och utveckling av solceller)
• Texas State University (forskning och utveckling av solceller)
• Colorado State University (forskning och utveckling av solceller)
• University of Illinois at Chicago (forskning och utveckling av solceller)
• Colorado State University (forskning och utveckling av solceller: Små innovativa projekt inom solenergi)
• Colorado State University (Grundläggande program för att förbättra cellernas effektivitet)
• National Renewable Energy Laboratory (Grundläggande program för att förbättra cellernas effektivitet)
• Oak Ridge National Laboratory (Grundläggande program för att förbättra cellernas effektivitet)
• 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)

Fördelar

Fördelarna med CdTe tunnfilmssolceller är bland annat följande:

• Hög absorption: Cadmiumtellurid är ett material med direkt bandgap med en bandgapsenergi på cirka 1,45 eV, vilket är väl anpassat till solspektrumet och nästan optimalt för att omvandla solljus till elektricitet med hjälp av en enda förbindelse.
• Låg kostnad för tillverkning: De vanligaste CdTe-solcellerna består av en enkel p-n-heteroövergångsstruktur som innehåller ett p-dopat CdTe-skikt som matchas med ett n-dopat kadmiumsulfidskikt (CdS), som fungerar som ett fönsterskikt. Denna struktur liknar heteroövergången i CIGS-celler. Liksom i de flesta tunnfilmssoltekniker sker laddningsinsamlingen genom drift eller fältassisterad insamling.

  Typiska tekniker för deponering av CdTe-tunnfilm är: sublimering med nära avstånd, ångtransportdeponering, fysikalisk förångningsdeponering, sputterdeponering, elektrodeponering, metallorganisk kemisk förångningsdeponering, sprutdeponering och screentryckdeponering.

  CdTe-solceller färdigställs genom att man lägger till en högkvalitativ transparent ledande oxid (TCO) – vanligtvis fluor-dopad tennoxid (SnO2:F) – och en bakre elektrisk kontakt – vanligtvis en metall eller kolpasta med koppar (Cu). En nackdel med att använda Cu i den bakre kontakten är den gradvisa spridningen av Cu-atomer in i CdTe- och CdS-skikten, vilket skapar defekter och främjar Cu-ackumulering vid CdTe/CdS-övergången.

  Den totala prestandan hos CdTe-solceller förbättrades avsevärt efter upptäckten av en behandling med kadmiumklorid (CdCl2)-ånga. Denna glödgningsprocess utförs i närvaro av syre vid temperaturer nära 390 °C efter det att CdTe-skiktet har vuxit på CdS-skiktet och före deponeringen av backkontakten. CdCl2-behandlingen har positiva effekter på CdTe-solcellen, t.ex. tillväxt av större CdTe-korn och passivering av defekter.

  För mer information om solceller av kadmiumtellurid, besök webbplatsen Energy Basics.