Nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học đến từ Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ (NREL), Đại học Washington (WSU) và Đại học Tennessee đã cải thiện được điện áp tối đa có sẵn của pin mặt trời cadimi telua (CdTe), vượt quá giới hạn thực tế đã được thiết lập từ sáu thập kỷ trước và là chìa khóa để cải thiện hiệu suất của pin.

Pin mặt trời silic hiện chiếm 90% thị trường pin mặt trời nhưng sẽ khó để giảm đáng kể chi phí sản xuất chúng. Pin mặt trời CdTe có chi phí thấp và có dấu chân carbon thấp nhất so với bất kỳ công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời nào khác và hoạt động tốt hơn silic trong các điều kiện thực tế, kể cả trong thời tiết nóng, ẩm và dưới ánh sáng yếu. Tuy nhiên, cho đến gần đây, pin CdTe không đạt được hiệu suất cao như pin silic. 

Lý do chính làm cho CdTe có hiệu suất không cao là do điện áp tối đa có sẵn của pin mặt trời, được gọi là điện áp hở mạch. Bị hạn chế bởi chất lượng của vật liệu CdTe, các nhà nghiên cứu trong 60 năm qua đã không thể đạt được hiệu suất hơn 900 mV với vật liệu này và đây cũng được coi là giới hạn thực tế của vật liệu.

Nhóm nghiên cứu đã cải thiện điện áp của pin bằng cách không áp dụng một bước xử lý tiêu chuẩn bằng clorua cadimi. Thay vào đó, họ đặt một số lượng nhỏ các nguyên tử phốt pho lên các nút mạng telua và sau đó tạo ra các giao diện lý tưởng giữa các vật liệu với khoảng cách giữa các nguyên tử khác nhau để sản xuất pin mặt trời. Phương pháp tiếp cận này cải thiện tính dẫn điện của CdTe và tuổi thọ của chất mang lên nhiều cấp độ, do đó cho phép lần đầu tiên chế tạo pin mặt trời CdTe có điện áp hở mạch vượt quá giới hạn 1 volt. Sự đổi mới sáng tạo này đưa đến việc thiết lập các lộ trình nghiên cứu mới để sản xuất pin mặt trời hiệu quả hơn và cung cấp điện với chi phí thấp hơn so với nhiên liệu hóa thạch.

Các nhà nghiên cứu WSU phát triển vật liệu tinh thể sử dụng trong pin bằng cách nuôi các tinh thể bằng kỹ thuật tổng hợp từ dung dịch nóng chảy, cho phép điều khiển chính xác độ tinh khiết và thành phần của vật liệu. Độ tinh khiết là vô cùng quan trọng đối với quy trình này vì vậy các nhà nghiên cứu trộn, chuẩn bị, hàn và hút chân không vật liệu trong một phòng sạch tiêu chuẩn công nghiệp. Sau đó họ tổng hợp tinh thể trong lò ở nhiệt độ trên 1100oC rồi làm mát nó từ dưới lên với tốc độ khoảng một milimet/giờ. Các nhà nghiên cứu sau đó cắt các tinh thể thành các lát mỏng để chế tạo pin mặt trời.

Các nhà nghiên cứu cho biết, trong khi pin silic đã được cải thiện gần như tới giới hạn lý thuyết của chúng, có rất nhiều khả năng để cải thiện hiệu suất của cadimi telua và có thể đạt hiệu suất cao hơn 30%.