DOE apoia pesquisas inovadoras focadas em superar as actuais barreiras tecnológicas e comerciais para células solares de telureto de cádmio (CdTe). Abaixo estão uma lista dos projetos atuais, resumo dos benefícios e discussão das técnicas de produção e fabricação utilizadas para esta tecnologia solar.
Cenário
CdTe as células solares são a segunda tecnologia fotovoltaica (PV) mais comum no mercado mundial depois do silício cristalino, representando actualmente 5% do mercado mundial. As células solares de película fina CdTe podem ser fabricadas de forma rápida e barata, oferecendo uma alternativa mais barata às tecnologias convencionais baseadas no silício. A eficiência recorde para uma célula solar CdTe de laboratório é de 22,1% da First Solar, enquanto que a First Solar reportou recentemente a sua eficiência média do módulo comercial como sendo de 16,1% no final de 2015.
Direções de pesquisa
Projetos atuais buscam maior eficiência celular aumentando a qualidade dos cristais, melhorando o controle de doping e aumentando a vida útil da minoria portadora. Os fabricantes também estão investigando a possibilidade de reutilização e reciclagem de materiais como forma de mitigar as preocupações sobre toxicidade e escassez de materiais.
Saiba mais sobre os premiados do DOE Solar Energy Technologies Office e os projetos envolvendo o CdTe abaixo.
- Arizona State University (Pesquisa e Desenvolvimento Fotovoltaico)
- Washington State University (Pesquisa e Desenvolvimento Fotovoltaico)
- Texas State University (Pesquisa e Desenvolvimento Fotovoltaico)
- Colorado State University (Pesquisa e Desenvolvimento Fotovoltaico)
- Universidade de Illinois em Chicago (Pesquisa e Desenvolvimento Fotovoltaico)
- Colorado State University (Pesquisa e Desenvolvimento Fotovoltaico: Pequenos Projetos Inovadores em Solar)
- Colorado State University (Programa Fundamental para o Avanço da Eficiência Celular)
- National Renewable Energy Laboratory (Programa Fundamental para o Avanço da Eficiência Celular)
- Oak Ridge National Laboratory (Programa Fundamental para o Avanço da Eficiência Celular)
- Universidade de Chicago (Projetos da Próxima Geração Fotovoltaica II)
- Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
- Universidade de Illinois (Bridging Research Interactions through collaborative Development Grants in Energy)
- Universidade do Sul da Flórida (Foundational Program to Advance Cell Efficiency)
Benefícios
Os benefícios das células solares de filme fino CdTe incluem:
- Alta absorção: O telureto de cádmio é um material de banda direta com energia de banda definida (eV) de cerca de 1,45, que é bem adaptado ao espectro solar e quase ideal para converter a luz solar em eletricidade usando uma única junção.
- Baixo custo de fabricação: As células solares de telureto de cádmio usam tecnologia de fabricação de baixo custo para produzir células de baixo custo.
Produção
As células solares CdTe mais comuns consistem em uma estrutura simples de heterojunção p-n contendo uma camada de CdTe com p-doped CdTe combinada com uma camada de n-doped sulfeto de cádmio (CdS), que atua como uma camada de janela. Esta estrutura é semelhante à heterojunção em células CIGS. Como na maioria das tecnologias solares de película fina, a coleta de portadores é realizada por derivação, ou coleta assistida por campo.
Tipo CdTe técnicas de deposição de película fina incluem: sublimação em espaço fechado, deposição de vapor-transporte, deposição de vapor físico, deposição por pulverização, eletrodeposição, deposição de metal-orgânico químico-vapor, deposição por spray, e deposição por impressão em tela.
CdTe as células solares são completadas pela adição de um óxido condutor transparente (TCO) de alta qualidade – normalmente óxido de estanho dopado com flúor (SnO2:F)- e um contato elétrico de retorno – tipicamente um metal ou pasta de carbono com cobre (Cu). Uma desvantagem do uso de Cu no contato posterior é a difusão gradual dos átomos de Cu nas camadas CdTe e CdS, o que cria defeitos e promove o acúmulo de Cu na junção CdTe/CdS.
O desempenho geral da célula solar CdTe foi significativamente melhorado após a descoberta de um tratamento com vapor de cloreto de cádmio (CdCl2). Este processo de recozimento é realizado na presença de oxigênio a temperaturas próximas a 390°C após o crescimento da camada de CdTe sobre a camada de CdS e antes da deposição do contato posterior. O tratamento CdCl2 tem efeitos positivos sobre a célula solar CdTe, como o crescimento de grãos maiores de CdTe e a passivação de defeitos.
Para mais informações sobre células solares de telureto de cádmio, visite o site Energy Basics.