Uma equipe da Washington State University desenvolveu um sistema mais eficiente, mais seguro, e uma maneira econômica de produzir material de telureto de cádmio (CdTe) para células solares ou outras aplicações, uma descoberta que pode avançar a indústria solar e torná-la mais competitiva.

Os pesquisadores mostraram que podiam cultivar rapidamente uma grande quantidade de material CdTe de alta pureza - um cristal com mais de um quilograma em um dia - o que seria considerado muito rápido na indústria. A tecnica, que usa um forno de alta pressão para produzir grandes quantidades do material de matéria-prima de cristal necessário, é 45% mais econômico do que o padrão da indústria e é escalonável, o que poderia tornar a tecnologia solar CdTe mais barata do que o gás natural. O material de cristal produzido também tem propriedades elétricas melhores do que as disponíveis atualmente.

Trabalhando em colaboração com o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) e o parceiro da indústria Nious Technologies, Inc., os pesquisadores relatam seu trabalho no Journal of Crystal Growth .

Os fotovoltaicos de CdTe são uma tecnologia mais recente do que as células solares de silício populares e são competitivos em termos de eficiência. Eles também têm melhor desempenho em climas quentes e úmidos. Embora as células solares CdTe possam fornecer vantagens significativas em termos de custo e eficiência em relação ao silício, atualmente representam menos de 10% do mercado solar, principalmente na escala de utilidade. Em particular, os métodos de produção atuais são lentos, dispendioso, pesado e sem flexibilidade para personalizar.

"No momento, há uma grande torção na produção de matéria-prima, "disse Santosh Swain, professor assistente de pesquisa do Institute of Materials Research e co-autor do artigo. "A indústria solar tem aumentado constantemente a eficiência dos dispositivos e dispositivos de fabricação, mas maiores ganhos de eficiência e redução de custos requerem melhorias nas propriedades do material CdTe. "

O processo de fabricação atual envolve o cozimento do material CdTe em um tubo de vidro selado para conter a reação. Leva muito tempo, os tubos não são reutilizáveis, e o vidro de sílica é limitado em quanto calor, massa, e pressão que pode suportar. Por causa da preocupação com a explosão do material, a indústria é limitada no tamanho dos cristais que eles podem cultivar. Para fazer células solares, os cristais são então evaporados em substrato de vidro para fazer filmes muito finos.

A nova técnica usa um cadinho de grafite forte, e o material é cozido em um forno Bridgman de alta pressão. O ambiente de alta pressão elimina completamente a possibilidade de explosões e também permite que os pesquisadores adicionem facilmente uma alta concentração de materiais adicionais, chamados dopantes, durante o processo de fabricação que melhoram o desempenho do material. Em 2016, a equipe de pesquisa da WSU em colaboração com o NREL e a Universidade do Tennessee melhorou drasticamente a tecnologia CdTe adicionando fósforo como dopante, superando um limite de 1 Volt que havia sido perseguido por seis décadas. Para este projeto, os pesquisadores adicionaram arsênico como dopante.

Adicionar dopantes altamente voláteis durante o processo de fabricação de matéria-prima também elimina a necessidade de lubrificar após a deposição do filme, o que pode causar problemas de não uniformidade, disse Tawfeeq Al-Hamdi, um Ph.D. aluno e autor principal do artigo.

"O doping é uma estratégia chave, "disse o co-autor Seth McPherson." A 80 atmosferas de pressão, você pode realmente enfiar os dopantes no material, e você não precisa se preocupar com eles evaporando para fora do cristal ou de outra forma escapando do sistema. "