Een team van de Washington State University heeft een efficiënter, veiliger, en kosteneffectieve manier om cadmiumtelluride (CdTe) materiaal te produceren voor zonnecellen of andere toepassingen, een ontdekking die de zonne-energiesector vooruit kan helpen en concurrerender kan maken.

De onderzoekers toonden aan dat ze in één dag snel een grote hoeveelheid zeer zuiver CdTe-materiaal konden kweken - een kristal van meer dan een kilogram - dat in de industrie als razendsnel zou worden beschouwd. De techniek, die een hogedrukoven gebruikt om grote hoeveelheden van het benodigde kristalgrondmateriaal te produceren, is 45% kosteneffectiever dan de industriestandaard en is schaalbaar, waardoor CdTe-zonnetechnologie goedkoper zou kunnen zijn dan aardgas. Het geproduceerde kristalmateriaal heeft ook betere elektrische eigenschappen dan wat momenteel beschikbaar is.

In samenwerking met het National Renewable Energy Laboratory (NREL) en industriepartner Nious Technologies, Inc., de onderzoekers rapporteren over hun werk in de Dagboek van kristalgroei .

CdTe-fotovoltaïsche cellen zijn een nieuwere technologie dan populaire siliciumzonnecellen en zijn concurrerend op het gebied van efficiëntie. Ze presteren ook beter bij warm en vochtig weer. Hoewel CdTe-zonnecellen aanzienlijke voordelen in kosten en efficiëntie kunnen bieden ten opzichte van silicium, zij vormen momenteel minder dan 10 % van de markt voor zonne-energie, meestal op de schaal van nutsbedrijven. Vooral, huidige productiemethoden zijn traag, duur, omslachtig en missen de flexibiliteit om aan te passen.

"Op dit moment is er een enorme knik in de productie van grondstoffen, " zei Santosh Swain, onderzoeksassistent-professor bij het Institute of Materials Research en een co-auteur op het papier. "De zonne-industrie heeft de efficiëntie van apparaten gestaag verhoogd en apparaten gefabriceerd, maar verdere efficiëntiewinst en kostenreductie vereisen een verbetering van de CdTe-materiaaleigenschappen."

Het huidige productieproces omvat het koken van het CdTe-materiaal in een afgesloten glazen buis om de reactie in te dammen. Het duurt lang, de buizen zijn niet herbruikbaar, en het silicaglas is beperkt in hoeveel warmte, massa, en de druk die het kan hebben. Vanwege zorgen over het ontploffen van het materiaal, de industrie is beperkt in de grootte van kristallen die ze kunnen laten groeien. Om zonnecellen te maken, de kristallen worden vervolgens verdampt op glassubstraat om zeer dunne films te maken.

De nieuwe techniek maakt gebruik van een sterke grafietkroes, en het materiaal wordt gekookt in een hogedruk Bridgman-oven. De hogedrukomgeving elimineert de mogelijkheid van explosies volledig en stelt de onderzoekers ook in staat om gemakkelijk een hoge concentratie extra materialen toe te voegen, doteringsstoffen genoemd, tijdens het productieproces die de prestaties van het materiaal verbeteren. in 2016, het WSU-onderzoeksteam in samenwerking met NREL en University of Tennessee heeft de CdTe-technologie drastisch verbeterd door fosfor als doteringsmiddel toe te voegen, het overwinnen van een grens van 1 Volt die al zes decennia werd nagestreefd. Voor dit project, de onderzoekers voegden arseen toe als doteerstof.

Het toevoegen van de zeer vluchtige doteermiddelen tijdens het productieproces van de grondstof elimineert ook de noodzaak om te dopen na filmafzetting, wat kan leiden tot niet-uniformiteitsproblemen, zei Tawfeeq Al-Hamdi, een doctoraat student en hoofdauteur op het papier.

"Doping is een belangrijke strategie, " zei co-auteur Seth McPherson. "Bij 80 atmosfeer druk, je kunt de doteermiddelen echt in het materiaal duwen, en je hoeft je geen zorgen te maken dat ze uit het kristal verdampen of op een andere manier uit het systeem ontsnappen."