DOE steunt innovatief onderzoek dat is gericht op het overwinnen van de huidige technologische en commerciële belemmeringen voor cadmiumtelluridezonnecellen (CdTe). Hieronder volgt een lijst van lopende projecten, een samenvatting van de voordelen en een bespreking van de productie- en fabricagetechnieken die voor deze zonnetechnologie worden gebruikt.
Achtergrond
CdTe-zonnecellen zijn na kristallijn silicium de meest gebruikte fotovoltaïsche (PV) technologie op de wereldmarkt, en vertegenwoordigen momenteel 5% van de wereldmarkt. CdTe-dunnefilmzonnecellen kunnen snel en goedkoop worden vervaardigd, waardoor zij een goedkoper alternatief vormen voor conventionele siliciumgebaseerde technologieën. Het recordrendement voor een CdTe-zonnecel in een laboratorium is 22,1% door First Solar, terwijl First Solar onlangs meldde dat zijn gemiddelde commerciële module-efficiëntie eind 2015 16,1% bedroeg.
Research Directions
De huidige projecten streven naar hogere celrendementen door de kristalkwaliteit te verhogen, de dopingcontrole te verbeteren en de levensduur van de minderheidsdrager te verlengen. Fabrikanten onderzoeken ook de mogelijkheid van hergebruik en recycling van materialen als een manier om de bezorgdheid over toxiciteit en materiaalschaarste te verminderen.
Lees hieronder meer over de door het DOE Solar Energy Technologies Office toegekende prijzen en de projecten met betrekking tot CdTe.
- Arizona State University (Photovoltaic Research and Development)
- Washington State University (Photovoltaic Research and Development)
- Texas State University (Photovoltaic Research and Development)
- Colorado State University (Onderzoek en ontwikkeling op het gebied van fotovoltaïsche energie)
- University of Illinois at Chicago (Onderzoek en ontwikkeling op het gebied van fotovoltaïsche energie)
- Colorado State University (Onderzoek en ontwikkeling op het gebied van fotovoltaïsche energie: Small Innovative Projects in Solar)
- Colorado State University (Fundational Program to Advance Cell Efficiency)
- National Renewable Energy Laboratory (Fundational Program to Advance Cell Efficiency)
- Oak Ridge National Laboratory (Fundational Program to Advance Cell Efficiency)
- Universiteit van Chicago (Next Generation Photovoltaics II Projects)
- Universiteit van Illinois in 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
De voordelen van CdTe dunne-film zonnecellen zijn onder andere:
- Hoge absorptie: Cadmiumtelluride is een direct-bandgap materiaal met een bandgap energie van ongeveer 1,45 gedefinieerd (eV), die goed is afgestemd op het zonnespectrum en bijna optimaal is voor het omzetten van zonlicht in elektriciteit met behulp van een enkele junctie.
- Lage kosten fabricage: Cadmium telluride zonnecellen maken gebruik van een goedkope fabricagetechnologie om goedkope cellen te produceren.
Productie
De meest voorkomende CdTe zonnecellen bestaan uit een eenvoudige p-n heterojunctie structuur met een p-gedoteerde CdTe laag gematched met een n-gedoteerde cadmium sulfide (CdS) laag, die fungeert als een vensterlaag. Deze structuur is vergelijkbaar met de heterojunctie in CIGS-cellen. Zoals bij de meeste dunne-film zonne-energietechnologieën, wordt het verzamelen van dragers bereikt door drift, of veld-geassisteerde verzameling.
Typische CdTe dunne-film depositie technieken omvatten: close-spaced sublimatie, damp-transport depositie, fysische damp depositie, sputter depositie, elektrodepositie, metaal-organische chemische damp depositie, spray depositie, en zeefdruk depositie.
CdTe-zonnecellen worden gecompleteerd met een hoogwaardig transparant geleidend oxide (TCO) – gewoonlijk fluorgedoteerd tinoxide (SnO2:F) – en een elektrisch contact aan de achterzijde – meestal een metaal- of koolstofpasta met koper (Cu). Een nadeel van het gebruik van Cu in het achtercontact is de geleidelijke diffusie van Cu-atomen in de CdTe- en CdS-lagen, waardoor defecten ontstaan en Cu-accumulatie bij de CdTe/CdS-verbinding wordt bevorderd.
De algehele prestaties van CdTe-zonnecellen werden aanzienlijk verbeterd na de ontdekking van een cadmiumchloride (CdCl2)-dampbehandeling. Dit gloeiproces wordt uitgevoerd in aanwezigheid van zuurstof bij temperaturen van 390°C nadat de CdTe-laag op de CdS-laag is gegroeid en vóór de afzetting van het tegencontact. De CdCl2-behandeling heeft positieve effecten op de CdTe-zonnecel, zoals de groei van grotere CdTe-korrels en de passivering van defecten.
Voor meer informatie over cadmiumtelluridezonnecellen, bezoek de Energy Basics-website.