Un equipo de la Universidad Estatal de Washington ha desarrollado una más seguro y una forma rentable de producir material de telururo de cadmio (CdTe) para células solares u otras aplicaciones, un descubrimiento que podría hacer avanzar la industria solar y hacerla más competitiva.

Los investigadores demostraron que podían cultivar rápidamente una gran cantidad de material CdTe de alta pureza, un cristal del tamaño de más de un kilogramo en un día, lo que se consideraría increíblemente rápido en la industria. La técnica, que utiliza un horno de alta presión para producir grandes cantidades del material de alimentación de cristal necesario, es un 45% más rentable que el estándar de la industria y es escalable, lo que podría hacer que la tecnología solar CdTe sea menos costosa que el gas natural. El material de cristal producido también tiene mejores propiedades eléctricas que las disponibles actualmente.

Trabajando en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el socio de la industria Nious Technologies, C ª., los investigadores informan sobre su trabajo en el Diario de crecimiento cristalino .

Los fotovoltaicos CdTe son una tecnología más nueva que las populares células solares de silicio y son competitivos en términos de eficiencia. También funcionan mejor en climas cálidos y húmedos. Si bien las células solares CdTe podrían proporcionar ventajas significativas en costo y eficiencia sobre el silicio, actualmente representan menos del 10% del mercado solar, principalmente a escala de servicios públicos. En particular, los métodos de producción actuales son lentos, costoso, engorrosos y carecen de flexibilidad para personalizarlos.

"En este momento hay un gran problema en la producción de materias primas, "dijo Santosh Swain, profesor asistente de investigación del Instituto de Investigación de Materiales y coautor del artículo. "La industria solar ha aumentado constantemente la eficiencia de los dispositivos y la fabricación de dispositivos, pero mayores ganancias de eficiencia y reducción de costos requieren una mejora en las propiedades del material CdTe ".

El proceso de fabricación actual implica cocinar el material CdTe en un tubo de vidrio sellado para contener la reacción. Toma mucho tiempo, los tubos no son reutilizables, y el vidrio de sílice está limitado en cuanto a la cantidad de calor, masa, y la presión que puede soportar. Debido a preocupaciones sobre la explosión del material, la industria está limitada en el tamaño de los cristales que pueden cultivar. Para hacer células solares, los cristales se evaporan luego sobre un sustrato de vidrio para formar películas muy delgadas.

La nueva técnica utiliza un fuerte crisol de grafito, y el material se cuece en un horno Bridgman de alta presión. El entorno de alta presión elimina por completo la posibilidad de explosiones y también permite a los investigadores agregar fácilmente una alta concentración de materiales adicionales. llamados dopantes, durante el proceso de fabricación que mejoran el rendimiento del material. En 2016, el equipo de investigación de WSU en colaboración con NREL y la Universidad de Tennessee mejoró dramáticamente la tecnología CdTe al agregar fósforo como dopante, superando un límite de 1 voltio que se había perseguido durante seis décadas. Para este proyecto, los investigadores agregaron arsénico como dopante.

Agregar los dopantes altamente volátiles durante el proceso de fabricación de la materia prima también elimina la necesidad de dopar después de la deposición de la película, lo que puede causar problemas de falta de uniformidad. dijo Tawfeeq Al-Hamdi, un doctorado estudiante y autor principal del artículo.

"El dopaje es una estrategia clave, ", dijo el coautor Seth McPherson." A 80 atmósferas de presión, realmente puedes meter los dopantes en el material, y no tiene que preocuparse de que se evaporen del cristal o de que escapen del sistema ".