موادی که امروزه برای سلول های خورشیدی فتوولتائیک استفاده می شوند عبارتند از: تک کریستال سیلیکون، پلی کریستال سیلیکون، سیلیکون آمورف، کادمیم تلوراید ) CdTe ( و مس ایندیم سلناید( CIS . )
اغلب سلول های خورشیدی موجود حال حاضر از مواد بالک ساخته می شوند که به شکل ویفری با ضخامت بین ۱۸۰ – ۲۴۰ میکرومتر برش داده می شوند. سایر سلول ها خورشیدی همچون لایه های نازک، رنگ های آلی و پلیمرهای آلی روی یک زیرلایه نگهدارنده لایه نشانی می شوند. گروه سومی هم وجود دارد که از نانو کریستالها ساخته شده و از نقاط کوانتمی (نانوذراتی که محدودیت کوانتمی دارند) بهره می برد. در این میان تنها ماده ای در تمامی حالات و بالک و نانوساختار بررسی شده سیلیکون است. در یک سلول خورشیدی کادمیم تلوراید از لایه نازک CdTe ، یک نیمه هادی، جهت تبدیل نور به الکتریسته استفاده می شود. سلول خورشیدی CdTe تنها سلولی است که در ارزانی رکورد سیلیکون کریستالی را می شکند به ویژه در سیستم های چند کیلوواتی. دلیل ارزانی این است که در یک متر مربع از این سلول خورشیدی مقدار کادمیم به کار رفته کمتر از یک باتری نیکل کادمیوم است.
بررسی سلول های خورشیدی کادمیم تلوراید
همان گونه که درشکل بالا نشان داده شده است، سلول های خورشیدی لایه نازک از نوع CdTe/CdS
از لایه نشانی چهار لایه، بر زیر لایه شیشه تشکیل می شوند.
-۱ لایه اکسیدی شفاف (TCO) مثل ZnO:Al2O3 , In2O3:SnO2 , SnO2
-۲ لایه CdS
-۳ لایه CdTe
-۴ اتصال اهمی فلزی (لایه اکترود پشتی) مثل Au, Cu, Al
این مواد به ترتیب بر روی زیر لایه شیشه‌ای که قبلا در حمام آلتراسونیک با استفاده از الکل و استون تمیزشده‌اند، لایه نشانی می‌شوند و خواص الکتریکی، اپتیکی، ساختاری و نیز بازدهی نمونه اندازه گیری می‌شود. اما همانطور که می‌دانیم خواص الکتریکی، ساختاری و اپتیکی لایه نازک با تغییر پارامترهای لایه نازک نظیر ضخامت، دمای زیر لایه، فشار، فلوی گاز آرگون و… تغییر می‌کند. بنابراین با بررسی تأثیر این پارامترها بر خواص لایه نازک شرایط بهینه لایه‌نشانی جهت تولید سلول خورشیدی با بیشترین بازده به صورت تجربی بدست می‌آید.
اکنون به بررسی هر لایه همراه با ذکر ویژ گی‌های مؤثر آن در بازدهی نهایی سلول می‌پردازیم.
همانطور که در بخش‌های قبل ذکر شد ماده کادمیم تلوراید کاندیدای ایده آلی برای طراحی سلو ل خورشیدی می‌باشد. تخمین‌های تئوری برای سلولهای کادمیم تلوراید ایده ال نشان می‌دهد که می‌توان به بازده‌های تبدیل تا حدود ۲۷% دست یافت. افزون بر آن ضریب جذب خطی کادمیم تلوراید در طول موج‌ها بالای گاف انرژی بسیار بالاست: cm -1104 ≤ α. به این معنی که برای جذب بیشینه یک لایه نسبتا نازک از کادمیم تلوراید نیاز است، لایه‌ای به ضخامت حدود ۲ میکرو متر برای جذب بیش از ۹۹% نور فرودی کافیست.
متداول‌ترین سلولهای فتوولتاییک کادمیم تلوراید شامل لایه پنجره‌ای( به عبارت دیگر شفاف) نوع n کادمیم سولفاید و لایه‌ی جذب کننده نوع p کادمیم تلوراید می‌باشد.ساخت چنین سلولی نخستین بار توسط بونت و رابن هورست گزارش شد.
از این پس اصطلاح سلول کادمیم تلوراید به این ترکیب به خصوص از ماده نوع n/p اتلاق می‌گردد.تا به امروز این سلول‌ها تقریباً به طور انحصاری در آرایش لایه فوقانی (superstrate) ساخته شده‌اند به این معنی که لایه کادمیم تلوراید پس از انباشت دو لایه TCO و لایه شفاف کادمیم سولفاید بر روی یک زیر لایه شفاف و صلب (معمولاً شیشه )لایه نشانی می‌شود. اگر چه ثابت شده است که سلول‌هایی که در آرایش زیر لایه (substrate)ساخته شده‌اند، یعنی کادمیم تلوراید قبل از لایه‌های کادمیم سولفاید و TCOو به طور مستقیم روی یک زیر لایه فلزی انباشت می‌شوند، می‌توانند به بازدهی‌های حداکثر تا حدود ۸% برسند.
در شکل زیر متداول‌ترین ساختار سلول کادمیم تلورایدکه شامل زیر لایه شیشه، یک اکسید رسانا شفاف TCO به عنوان(اتصال جلویی) front contact، لایه اکسید میانی شفاف با مقاومت بالا (HRT )، لایه‌های نیمه رسانای کادمیم سولفاید نوع n و کادمیم تلوراید نوع p و یک back contact فلزی(اتصال پشتی) می‌باشد نشان داده شده است.
طبق آخرین گزارشات، برای چنین سلول خورشیدی بازدهی ۵/۱۶%، (چگالی مدار کوتاه (mAcm –2 )88/25، چگالی ولتاژ مدار باز ۸۴۵ میلی ولت و ۵۱/۷۵% FF= (Fill Factor)) در یک سانتی متر مربع بدست آمده است. اگرچه گزارشات شرکت first solar رکورد بازدهی ۳/۱۷% را نشان می‌دهد.
