DOE sprijină cercetarea inovatoare axată pe depășirea barierelor tehnologice și comerciale actuale pentru celulele solare din telurură de cadmiu (CdTe). Mai jos sunt prezentate o listă a proiectelor actuale, un rezumat al beneficiilor și o discuție despre tehnicile de producție și de fabricație utilizate pentru această tehnologie solară.
Context
Celele solare CdTe sunt a doua cea mai răspândită tehnologie fotovoltaică (PV) de pe piața mondială, după siliciul cristalin, reprezentând în prezent 5% din piața mondială. Celulele solare CdTe cu peliculă subțire pot fi fabricate rapid și ieftin, oferind o alternativă mai puțin costisitoare la tehnologiile convenționale pe bază de siliciu. Eficiența record pentru o celulă solară CdTe de laborator este de 22,1% de către First Solar, în timp ce First Solar a raportat recent că eficiența medie a modulelor sale comerciale era de 16,1% la sfârșitul anului 2015.
Direcții de cercetare
Proiectele actuale urmăresc obținerea unor randamente mai mari ale celulelor prin creșterea calității cristalului, îmbunătățirea controlului dopajului și creșterea duratei de viață a purtătorilor minoritari. Producătorii investighează, de asemenea, posibilitatea reutilizării și reciclării materialelor ca modalitate de atenuare a preocupărilor privind toxicitatea și penuria de materiale.
Aflați mai multe despre laureații DOE Solar Energy Technologies Office și despre proiectele care implică CdTe mai jos.
- Arizona State University (Cercetare și dezvoltare fotovoltaică)
- Washington State University (Cercetare și dezvoltare fotovoltaică)
- Texas State University (Cercetare și dezvoltare fotovoltaică)
- Texas State University (Cercetare și dezvoltare fotovoltaică)
- Colorado State University (Photovoltaic State University (Photovoltaic Research and Development)
- University of Illinois at Chicago (Photovoltaic Research and Development)
- Colorado State University (Photovoltaic 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)
.
Beneficii
Beneficiile celulelor solare cu strat subțire de CdTe includ:
- Absorbție ridicată: Telurura de cadmiu este un material cu bandă interzisă directă, cu o energie a benzii interzise de aproximativ 1,45 definită (eV), care se potrivește bine cu spectrul solar și este aproape optimă pentru transformarea luminii solare în electricitate folosind o singură joncțiune.
- Fabricare cu costuri reduse: Celulele solare cu telurură de cadmiu utilizează tehnologia de fabricație cu costuri reduse pentru a produce celule cu costuri reduse.
Producție
Cele mai comune celule solare CdTe constau dintr-o structură simplă de heterojoncțiune p-n care conține un strat de CdTe dopat cu p asortat cu un strat de sulfură de cadmiu (CdS) dopat cu n, care acționează ca un strat de fereastră. Această structură este similară cu heterojoncțiunea din celulele CIGS. La fel ca în cazul majorității tehnologiilor solare cu peliculă subțire, colectarea purtătorilor se realizează prin derivă sau prin colectare asistată de câmp.
Tehnicile tipice de depunere a peliculei subțiri de CdTe includ: sublimarea la distanță mică, depunerea prin transport de vapori, depunerea fizică în stare de vapori, depunerea prin pulverizare, electrodepunerea, depunerea chimică metalo-organică în stare de vapori, depunerea prin pulverizare și depunerea prin serigrafie.
Celele solare CdTe sunt completate prin adăugarea unui oxid conductor transparent (TCO) de înaltă calitate – de obicei oxid de staniu dopat cu fluor (SnO2:F) – și a unui contact electric posterior – de obicei o pastă metalică sau de carbon cu cupru (Cu). Un dezavantaj al utilizării Cu în contactul posterior este difuzia treptată a atomilor de Cu în straturile CdTe și CdS, ceea ce creează defecte și favorizează acumularea de Cu la joncțiunea CdTe/CdS.
Performanțele generale ale celulelor solare CdTe au fost îmbunătățite semnificativ după descoperirea unui tratament cu vapori de clorură de cadmiu (CdCl2). Acest proces de recoacere se realizează în prezența oxigenului, la temperaturi apropiate de 390°C, după ce stratul de CdTe este crescut pe stratul de CdS și înainte de depunerea de back-contact. Tratamentul CdCl2 are efecte pozitive asupra celulei solare CdTe, cum ar fi creșterea grăunților mai mari de CdTe și pasivizarea defectelor.
Pentru mai multe informații despre celulele solare cu telurură de cadmiu, vizitați site-ul web Energy Basics.