Un equipo de la Universidad Estatal de Washington ha desarrollado una forma más eficiente, segura y rentable de producir cristales 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 fabricar rápidamente una gran cantidad de material CdTe de alta pureza, un cristal de más de un kilogramo en un día, lo que se consideraría muy rápido en la industria, pero afirman que pueden crear cristales de hasta 20 kilogramos.
La técnica, que utiliza un horno de alta presión para producir grandes cantidades de material de alimentación de CdTe, es un 45% más rentable que el estándar de la industria y es escalable, lo que podría hacer que la tecnología solar de CdTe sea menos costosa que el gas natural.
El material de cristal producido también tiene mejores propiedades eléctricas para la producción de células solares que las disponibles actualmente.
Trabajando en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el socio de la industria Nious Technologies, Inc., los investigadores informaron sobre su trabajo en el Journal of Crystal Growth.
Avances que superan los límites de la industria
Los actuales procesos de fabricación implican sintetizar el material CdTe en un tubo de cuarzo sellado para contener la reacción. Lleva mucho tiempo, los tubos no son reutilizables y el vidrio de sílice está limitado en la cantidad de calor, masa y presión que puede soportar.
Debido a las preocupaciones sobre la explosión del material, la industria está limitada en el tamaño de los cristales que pueden producir. Para hacer 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 sintetiza 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 la tecnología CdTe al agregar fósforo como dopante, superando un límite de un 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 materias primas también elimina la necesidad de dopar después de la deposición de la película, lo que puede causar problemas de falta de uniformidad, ha explicado Tawfeeq Al-Hamdi, estudiante de doctorado y autor principal del artículo.