Эффективность гибких солнечных батарей на базе CdTe 04.09.2013

Гибкие тонкоплёночные солнечные элементы, пригодные для изготовления рулонным способом, рассматриваются как перспективный способ удешевления солнечной электроэнергии. Швейцарские учёные из EMPA (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) сообщили в Nature Communications о существенном прогрессе на пути к индустриализации плёночных солнечных батарей из недорогого теллурида кадмия на основе из металлической фольги.

Батареи из теллурида кадмия сегодня являются самыми дешёвыми на рынке и вторыми по популярности после кремниевых. Однако речь идёт о жёстких устройствах, выращиваемых на прозрачных пластинах и преобразующих в электроэнергию свет, проходящий через материал подложки.

Инвертирование структуры батареи позволило бы ещё больше снизить её себестоимость, применяя вместо прозрачных «надложек» (superstrate) подложки из металлической фольги. Но до сих пор ячейки CdTe на субстрате отличались низкой эффективностью, она составляла до 8%, тогда как у конфигураций со стеклянной основой КПД равняется 11-12% для коммерческих устройств и 19,6% для лучших экспериментальных прототипов.

Решение проблемы хорошо известно, это легирование полупроводникового слоя CdTe медью, позволяющее увеличить плотность дырок (положительных носителей заряда) и время их жизни. Процедура легирования заключается в осаждении паров меди на поверхность плёнки теллурида кадмия и термообработке с целью проникновения атомов Cu вглубь материала. Проблема до сих пор заключалась в сложности точного контроля: самое незначительное отклонение от оптимальной концентрации меди как в сторону увеличения, так и уменьшения, сводит «на нет» эффект от легирования.

Переломным моментом в данном исследовании стало изобретение сотрудниками лаборатории тонких плёнок и фотовольтаики EMPA способа прецизионного контроля испарения меди, позволяющего наносить на теллурид кадмия монослой атомов Cu. Эффективность преобразования для ячеек на фольге достигла 11,5%, а для образцов на стеклянном субстрате – 13,6%.

Дальнейшие работы сосредоточатся на уменьшении толщины, так называемого, оконного слоя над теллуридом кадмия, в том числе прозрачных электродов. Это, по представлению участников исследования, должно позволить увеличить количество света достигающего слоя CdTe и довести КПД солнечных батарей, в краткосрочной перспективе до 15%, а в лучшем долгосрочном прогнозе – превысить 20%.

www.ostec-group.ru