Ett team från Washington State University har utvecklat en mer effektiv, säkrare, och kostnadseffektivt sätt att producera kadmiumtellurid (CdTe) material för solceller eller andra applikationer, en upptäckt som kan främja solenergiindustrin och göra den mer konkurrenskraftig.

Forskarna visade att de snabbt kunde odla en stor mängd högrent CdTe-material - en mer än kilogram stor kristall på en dag - vilket skulle anses blixtsnabbt i branschen. Tekniken, som använder en högtrycksugn för att producera stora mängder av det nödvändiga kristallråmaterialet, är 45 % mer kostnadseffektiv än industristandarden och är skalbar, vilket skulle kunna göra CdTe solteknik billigare än naturgas. Kristallmaterialet som produceras har också bättre elektriska egenskaper än vad som finns tillgängligt idag.

Arbetar i samarbete med National Renewable Energy Laboratory (NREL) och industripartnern Nious Technologies, Inc., forskarna rapporterar om sitt arbete i Journal of Crystal Growth .

CdTe solceller är en nyare teknik än populära kiselsolceller och är konkurrenskraftiga när det gäller effektivitet. De presterar också bättre i varmt och fuktigt väder. Även om CdTe-solceller kan ge betydande fördelar i kostnad och effektivitet jämfört med kisel, de utgör för närvarande mindre än 10 % av solenergimarknaden, mestadels i bruksskalan. Särskilt, nuvarande produktionsmetoder är långsamma, kostsam, besvärligt och saknar flexibilitet att anpassa.

"Just nu finns det en enorm kink i råvaruproduktionen, sa Santosh Swain, forskarassistent med Institutet för materialforskning och en medförfattare på uppsatsen. "Solindustrin har stadigt ökat enhetseffektiviteten och tillverkat enheter, men ytterligare effektivitetsvinster och kostnadsminskningar kräver förbättringar av CdTe-materialegenskaper."

Den nuvarande tillverkningsprocessen innefattar tillagning av CdTe-materialet i ett förseglat glasrör för att innehålla reaktionen. Det tar lång tid, rören är inte återanvändbara, och kiselglaset är begränsat i hur mycket värme, massa, och tryck det kan ta. På grund av oro för att materialet skulle explodera, industrin är begränsad i storleken på kristaller de kan odla. För att göra solceller, kristallerna indunstas sedan på glassubstrat för att göra mycket tunna filmer.

Den nya tekniken använder en stark grafitdegel, och materialet tillagas i en högtrycksbridgmanugn. Högtrycksmiljön eliminerar helt risken för explosioner och gör det också möjligt för forskarna att enkelt lägga till en hög koncentration av ytterligare material, kallas dopmedel, under tillverkningsprocessen som förbättrar materialets prestanda. 2016, WSU-forskarteamet i samarbete med NREL och University of Tennessee förbättrade dramatiskt CdTe-teknologin genom att lägga till fosfor som dopningsmedel, övervinna en gräns på 1 volt som hade eftersträvats i sex decennier. För detta projekt, forskarna lade till arsenik som dopningsmedel.

Att tillsätta de mycket flyktiga dopämnena under råvarutillverkningsprocessen eliminerar också behovet av dopning efter filmavsättning, vilket kan orsaka problem med olikformighet, sa Tawfeeq Al-Hamdi, en Ph.D. student och huvudförfattare på tidningen.

"Dopning är en nyckelstrategi, " sa medförfattaren Seth McPherson. "Vid 80 atmosfärers tryck, du kan verkligen stoppa in dopämnena i materialet, och du behöver inte oroa dig för att de ska avdunsta ur kristallen eller på annat sätt fly ut systemet."