DOE wspiera innowacyjne badania ukierunkowane na pokonanie obecnych barier technologicznych i handlowych dla ogniw słonecznych z tellurku kadmu (CdTe). Poniżej znajduje się lista bieżących projektów, podsumowanie korzyści oraz omówienie technik produkcji i wytwarzania stosowanych w tej technologii słonecznej.
Tło
Ogniwa słoneczne CdTe są drugą po krzemie krystalicznym najbardziej rozpowszechnioną technologią fotowoltaiczną (PV) na rynku światowym, stanowiąc obecnie 5% rynku światowego. Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z CdTe mogą być produkowane szybko i tanio, stanowiąc tańszą alternatywę dla konwencjonalnych technologii opartych na krzemie. Rekordowa wydajność dla laboratoryjnego ogniwa słonecznego CdTe wynosi 22,1% przez First Solar, podczas gdy First Solar niedawno poinformował, że jego średnia komercyjna wydajność modułu wynosi 16,1% na koniec 2015 roku.
Kierunki badań
Obecne projekty dążą do uzyskania wyższych sprawności ogniw poprzez zwiększenie jakości kryształów, poprawę kontroli domieszkowania i zwiększenie czasu życia nośników mniejszościowych. Producenci badają również możliwość ponownego wykorzystania materiałów i recyklingu jako sposobu na złagodzenie obaw dotyczących toksyczności i niedoboru materiałów.
Dowiedz się więcej o nagrodzonych przez DOE Solar Energy Technologies Office i projektach związanych z CdTe poniżej.
- Arizona State University (Photovoltaic Research and Development)
- Washington State University (Photovoltaic Research and Development)
- Texas State University (Photovoltaic Research and Development)
- Colorado State University (Photovoltaic Research and Development)
- University of Illinois at Chicago (Photovoltaic Research and Development)
- Colorado State University (Photovoltaic Research and Development: 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)
Korzyści
Korzyści z cienkowarstwowych ogniw słonecznych CdTe obejmują:
- Wysoką absorpcję: Tellurk kadmu jest materiałem o bezpośredniej przerwie pasmowej z energią przerwy pasmowej około 1,45 definiowanej (eV), która jest dobrze dopasowana do widma słonecznego i prawie optymalna do konwersji światła słonecznego w energię elektryczną przy użyciu pojedynczego złącza.
- Niskie koszty produkcji: Ogniwa słoneczne tellurku kadmu wykorzystują tanią technologię produkcji do wytwarzania tanich ogniw.
Produkcja
Najczęściej spotykane ogniwa słoneczne CdTe składają się z prostej struktury heterozłącza p-n zawierającej warstwę CdTe z domieszką p dopasowaną do warstwy siarczku kadmu (CdS) z domieszką n, która działa jako warstwa okienna. Struktura ta jest podobna do heterozłącza w ogniwach CIGS. Podobnie jak w przypadku większości cienkowarstwowych technologii słonecznych, gromadzenie nośników odbywa się poprzez dryf lub gromadzenie wspomagane polem.
Typowe techniki osadzania cienkowarstwowego CdTe obejmują: sublimację w bliskiej odległości, osadzanie z transportem pary, osadzanie fizyczno-parowe, napylanie jonowe, elektroosadzanie, osadzanie chemiczno-parowe metaloorganiczne, osadzanie rozpryskowe oraz osadzanie sitodrukowe.
CdTe ogniwa słoneczne są zakończone przez dodanie wysokiej jakości przezroczystego tlenku przewodzącego (TCO)-zwykle tlenku cyny z domieszką fluoru (SnO2:F)-i tylny kontakt elektryczny-typowo metalu lub węgla pasty z miedzi (Cu). Jedną z wad stosowania Cu w tylnym kontakcie jest stopniowa dyfuzja atomów Cu do warstw CdTe i CdS, co powoduje powstawanie defektów i sprzyja akumulacji Cu na złączu CdTe/CdS.
Ogólna wydajność ogniw słonecznych CdTe została znacznie poprawiona po odkryciu obróbki parami chlorku kadmu (CdCl2). Ten proces wyżarzania jest realizowany w obecności tlenu w temperaturach bliskich 390°C po warstwie CdTe jest uprawiana na warstwie CdS i przed osadzaniem back-contact. Obróbka CdCl2 ma pozytywny wpływ na ogniwo słoneczne CdTe, takie jak wzrost większych ziaren CdTe i pasywacji defektów.
Więcej informacji na temat tellurku kadmu ogniw słonecznych, odwiedź stronę internetową Energy Basics.
.