NREL vergibt in der zweiten Vertragsrunde 1,8 Millionen US-Dollar zur Unterstützung der Entwicklung billigerer, effizienterer Cadmiumtellurid-Solarzellen

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Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) hat im Namen des Solar Energy Technologies Office (SETO) des US-Energieministeriums 1,8 Millionen US-Dollar zur Finanzierung von sieben Projekten zur Unterstützung bereitgestellt Cadmiumtellurid-Beschleuniger-Konsortium (CTAC).

CTAC wurde im August 2022 angekündigt und ist ein dreijähriges Konsortium mit dem Ziel, die Entwicklung von Cadmiumtellurid (CdTe)-Technologien durch Senkung der Kosten und Steigerung der Effizienz dieser Dünnschichtsolarzellen zu beschleunigen. Die erste Vergaberunde über 2 Millionen US-Dollar fand statt angekündigt im Juni 2023.

NREL veröffentlichte die letzte Ausschreibung für Kleinprojekte im Juni 2023. Diese zweite Runde der Preisträger wurde im Dezember 2023 bekannt gegeben. Diese Projekte wurden für die letzte Runde des Konsortiums ausgewählt:

Themenfeld 1: Hocheffiziente Geräte

Dampfunterstützte Gruppe-V-Diffusionsdotierungskontrolle in hocheffizienten CdSeTe-Solarzellen

CdTe-Photovoltaik-Technologie hat gezeigt Leistungsumwandlungswirkungsgrad (PCE) von 22,3 %, aber es bleibt weit von seinem theoretischen PCE von 31 % entfernt. Um diese Lücke zu schließen und einen Zellwirkungsgrad von 26 % zu erreichen und gleichzeitig die Kosten für inländische CdTe-Module bis 2030 auf 15 Cent pro Watt zu senken, sind zusätzliche Innovationen von entscheidender Bedeutung. Die Dotierung der Gruppe V hat sich bei der Verbesserung der Leistung von CdTe-Geräten als wirksam erwiesen und sowohl die Effizienz als auch die Stabilität verbessert. Das vorgeschlagene Projekt von Universität von Arizona erforscht neuartige dampfbasierte Ex-situ-Gruppe-V-Dotierung, Diffusionsdotierungsaktivierungsstrategien, Oberflächenreinigungstechniken, passivierte Rückkontaktmethoden und innovative Gerätearchitekturen. Das Ziel besteht darin, CdTe-Bauelemente mit einem höheren Wirkungsgrad von mehr als 22 % zu entwickeln, indem die Dampfdotierungsbedingungen der Gruppe V angepasst werden, um eine feinere Steuerung des Einbaus und der Aktivierung der Dotierstoffe zu erreichen.

Optimierung von joddotiertem CdTe für potenzielle n-Typ-Solarzellen

Washington State University wird CdTe-Homojunctions unter Verwendung von Jod-dotierten CdTe-Absorbern vom n-Typ entwickeln, die nachweislich eine hohe Trägerkonzentration und eine Lebensdauer der Minoritätsträger bei 100 % Dotierstoffaktivierung aufweisen. Das Team wird eine Kombination aus Defektspektroskopietechniken, optimierten Oberflächenpassivierungstechniken und Gerätearchitektur anwenden und darauf abzielen, die derzeitigen Leistungseinschränkungen basierend auf p-Typ-Absorbern zu überwinden.

Lösungsverarbeitete Pufferschichten für CdTe-Solarmodule

Dieses Werk von nextTC Corporation wird Flüssigphasenvorläufer verwenden, um hochmoderne Pufferfilme herzustellen, die die Geräteleistung verbessern. Diese Folien weisen ultraglatte Oberflächen auf. Sie reduzieren die Oberflächenstruktur/-rauheit und erhöhen die Transmission, indem sie die optische Trübung begrenzen, sodass Hersteller makellose Oberflächen für die Geräteherstellung erhalten. In diesem Projekt wird das Team die Wirksamkeit der Lösungsverarbeitung demonstrieren, um hochwertige Puffer-/Emitterschichtfilme für die vordere Schnittstelle zu erhalten, die auf dem CdTe-Markt verwendet werden. Sie werden die Fähigkeit demonstrieren, Zusammensetzungen häufig verwendeter Materialien abzuscheiden und neue Materialzusammensetzungen zu erforschen, die durch typische Sputterabscheidung nicht erzeugt werden können. NexTC wird mit CTAC-Mitgliedern zusammenarbeiten, um CdTe-Solargeräte herzustellen und Prototypen zu erstellen. Dieser Ansatz wird den Übergang von der Ideenfindung zur Massenfertigung beschleunigen.

Themenbereich 2: Tellurversorgung

Identifizierung von Gebieten mit hohem Potenzial für die Tellurgewinnung innerhalb bestehender Basis- und Edelmetall-Lieferketten

Tellur ist eine Schlüsselkomponente bei der Herstellung von CdTe-Systemen, die zur Steigerung der heimischen Erzeugungskapazität für erneuerbare Energien in den Vereinigten Staaten erforderlich sind. Die Versorgung mit Tellur ist jedoch unsicher, da die Vereinigten Staaten trotz gut etablierter groß angelegter inländischer Bergbau- und Verhüttungsbetriebe mit tellurhaltigen Erzen erheblich auf Importe angewiesen sind. Dieses Projekt der Universität von Nevada, Reno wird das Tellurgewinnungspotenzial bestehender Bergbaulieferketten bewerten und Basisdaten für die gezielte Ausrichtung auf Gebiete mit hoher Priorität für eine verbesserte Tellurgewinnung liefern. Dies wird die Nachhaltigkeit erhöhen und eine sichere Versorgung der US-Industrie mit diesem wichtigen Rohstoff gewährleisten.

Themenbereich 3: Neue Gerätekonfigurationen und Prozesse

Ultradünne, hocheffiziente CdTe/MgCdTe-Solarzellen mit Doppelheterostruktur und Lichteinfangfunktionen

Universität von ArizonaDas Programm zielt darauf ab, ein Modellsystem zu entwickeln, um ultradünne einkristalline CdTe-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von potenziell 28 % zu demonstrieren und die Herausforderungen, denen sich polykristalline CdTe-Dünnschichtsolarzellen gegenübersehen, besser zu verstehen. Die Wirkung dieses Modellsystems geht über die Demonstration von Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden hinaus. Es hilft der CdTe-Solarzellengemeinschaft auch dabei, mehrere kritische Probleme anzugehen, wie die Optimierung sowohl der Kontakte als auch der zugehörigen Schnittstellen, die optimale Passivierung der Korngrenzen und die Entwicklung ultradünner Absorber mit integrierten Lichteinfangfunktionen. Das Team wird während dieses vorgeschlagenen Programms weiterhin mit NREL und anderen CTAC-Mitgliedern zusammenarbeiten, um wissenschaftliche Erkenntnisse und Proben, technologisches Wissen und praktische Erfindungen auszutauschen.

Innovative Hochspannungs-Cadmiumselenid (CdSe)-Solarzellen

In diesem Projekt wird die Iowa State University Das Team wird Hochleistungsgeräte aus CdSe untersuchen, einem neuen Material zur Herstellung von Solarzellen mit oberer (großer Bandlücke) für Tandem-Junction-Solarzellen, wobei Cd(Se,Te) als untere Zelle (mit geringerer Bandlücke) des Tandempaars fungiert. Simulationen zeigen, dass mit dieser Materialkombination theoretisch Solarumwandlungswirkungsgrade von annähernd 40 % möglich sind. Beide Materialsysteme sind für kostengünstige Vakuumabscheidungstechniken geeignet. Das Team wird mithilfe von Heteroübergängen neuartige Gerätestrukturen herstellen, um in CdSe eine hohe Spannung und Effizienz zu erreichen.

Themenbereich 4: Charakterisierung, Modellierung und Simulation

Auf dem Weg zur automatisierten Rastertransmissionselektronenmikroskopie mit atomarer Auflösung und maschinellem Lernen zur Herstellung hocheffizienter Cd(Se)Te-Solarzellengeräte

Der Universität von Illinois Chicago Das Team wird neuartige Materialcharakterisierungs- und Modellierungsansätze entwickeln und nutzen, um die Barrieren auf atomarer Ebene zu bestimmen, die derzeit die Umwandlungseffizienz von polykristallinen CdTe-Solarzellengeräten auf <23 % begrenzen. Durch die Kombination von fortschrittlichem maschinellem Lernen (ML) mit modernster Elektronenmikroskopie wird das Team die Rolle untersuchen, die Korngrenzen, Heteroschnittstellen und Defekte auf die Trägerlebensdauer und Haltbarkeit der Cd(Se)Te-Materialien haben . 4D-Rastertransmissionselektronenmikroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie und Elektronenenergieverlustspektroskopie werden verwendet, um lokale atomare und elektronische Strukturen von Cd(Se)Te-Massen, Grenzflächen und Defekten zu quantifizieren. Es werden ML-Ansätze zur autonomen Anomalieerkennung entwickelt, um das Sichtfeld und die Empfindlichkeit aktueller Elektronenmikroskopiemethoden zu erhöhen. Die aus diesem Projekt resultierenden Erkenntnisse werden die Entwicklung von CdSeTe-basierten Geräten mit Wirkungsgraden von über 25 % ermöglichen.

CTAC wird von SETO finanziert. Lerne mehr über CTAC.

Nachrichtenartikel von NREL.