Un equipo de la Universidad Estatal de Washington ha desarrollado una forma más eficiente, segura y rentable de producir material de telururo de cadmio CdTe para células solares u otras aplicaciones, un descubrimiento que podría impulsar 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 de más de un kilogramo en un día, que se consideraría muy rápido en la industria. La técnica, que utiliza un altoEl horno a 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 de lo queestá disponible actualmente
Trabajando en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL y el socio de la industria Nious Technologies, Inc., los investigadores informan sobre su trabajo en el Diario de crecimiento cristalino .
Los fotovoltaicos CdTe son una tecnología más nueva que las células solares de silicio populares 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 constituyenmenos del 10% del mercado solar, principalmente a escala de servicios públicos. En particular, los métodos de producción actuales son lentos, costosos, engorrosos y carecen de la 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 del dispositivo y la fabricación de dispositivos, pero una mayor eficiencia y reducción de costos requieren mejoras en las propiedades del material CdTe ".
El proceso de fabricación actual consiste en cocinar el material CdTe en un tubo de vidrio sellado para contener la reacción. Lleva mucho tiempo, los tubos no son reutilizables y el vidrio de sílice está limitado en cuanto a calor, masa y presión puedeDebido a la preocupación por la explosión del material, la industria está limitada en el tamaño de los cristales que pueden cultivar. Para fabricar células solares, los cristales se evaporan sobre sustrato de vidrio para hacer películas muy delgadas.
La nueva técnica utiliza un crisol de grafito fuerte, y el material se cocina 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 mejora el rendimiento del material. En 2016, el equipo de investigación de WSU en colaboración con NREL y la Universidad de Tennessee mejoró drásticamente la tecnología CdTe al agregar fósforo como dopante, superando un límite de 1 voltio que se había perseguido durante seisdécadas. Para este proyecto, los investigadores agregaron arsénico como un dopante.
Agregar los dopantes altamente volátiles durante el proceso de fabricación de materias primas 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, estudiante de doctorado y autor principal del artículo.
"El dopaje es una estrategia clave", dijo el coautor Seth McPherson. "A 80 atmósferas de presión, realmente puede empujar los dopantes en el material, y no tiene que preocuparse de que se evaporen del cristal ode lo contrario escapar del sistema "
Los investigadores crearon cristales de 1,2 kilogramos de tamaño, pero podrían crear cristales de hasta 20 kilogramos.
El proyecto fue financiado por el Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Washington . Original escrito por Tina Hilding. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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