經(jīng)過(guò)數(shù)十年的全球努力 太陽(yáng)能電池缺陷的神秘面

曼徹斯特大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在全球進(jìn)行了40多年的研究后，解決了太陽(yáng)能電池板的一個(gè)關(guān)鍵缺陷。

由于其相對(duì)成本和消費(fèi)者可用性，太陽(yáng)能電池板是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生能量的最可用系統(tǒng)之一。然而，大多數(shù)太陽(yáng)能電池僅達(dá)到20%的效率 - 對(duì)于每千瓦相當(dāng)?shù)年?yáng)光，可以產(chǎn)生大約200W的電功率。

現(xiàn)在，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了材料缺陷的關(guān)鍵基本問(wèn)題，這限制并降低了太陽(yáng)能電池的效率。這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有40多年的歷史和研究，有270多篇研究論文歸因于這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有解決方案。

這項(xiàng)新研究首次發(fā)現(xiàn)了先前未知的材料缺陷，這種缺陷限制了硅太陽(yáng)能電池的效率。

現(xiàn)在發(fā)表在應(yīng)用物理雜志上的協(xié)調(diào)研究的Tony Peaker教授說(shuō)：“由于環(huán)境和財(cái)務(wù)影響，太陽(yáng)能電池板'效率降低'在過(guò)去四十年中成為許多科學(xué)和工程界關(guān)注的話(huà)題。然而，盡管業(yè)務(wù)部門(mén)有一些最優(yōu)秀的人才，但直到現(xiàn)在，這個(gè)問(wèn)題還是堅(jiān)決抵制解決問(wèn)題。“

“在安裝后的第一個(gè)小時(shí)內(nèi)，太陽(yáng)能電池板的效率從20%下降到18%左右。效率絕對(duì)下降2%似乎不是什么大問(wèn)題，但是當(dāng)你考慮到現(xiàn)在這些太陽(yáng)能電池板時(shí)負(fù)責(zé)提供世界總能量需求的大部分和指數(shù)增長(zhǎng)的部分，這是發(fā)電能力的重大損失。“

世界上安裝的太陽(yáng)能容量的這種不足的能源成本在10千兆瓦時(shí)，這相當(dāng)于比英國(guó)15個(gè)核電站的總產(chǎn)量更多的能源。因此，太陽(yáng)能短缺必須通過(guò)其他不太可持續(xù)的能源來(lái)滿(mǎn)足，例如燃燒化石燃料。

研究人員采用的多學(xué)科實(shí)驗(yàn)和理論方法確定了導(dǎo)致光誘導(dǎo)降解(LID)的機(jī)制。結(jié)合專(zhuān)門(mén)的電學(xué)和光學(xué)技術(shù)，稱(chēng)為“深層瞬態(tài)光譜學(xué)”(DLTS)，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種材料缺陷的存在，該材料缺陷最初在硅用于制造電池的過(guò)程中處于休眠狀態(tài)。

硅太陽(yáng)能電池的大部分內(nèi)的電子電荷在陽(yáng)光下轉(zhuǎn)化，這是其能量產(chǎn)生過(guò)程的一部分。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)變涉及一個(gè)高效的“陷阱”，可以阻止光生電荷載流子(電子)的流動(dòng)。

Iain Crowe博士說(shuō)：“這種電子流決定了太陽(yáng)能電池可以輸送到電路的電流大小，阻礙它的任何東西都會(huì)有效地降低太陽(yáng)能電池的效率和可以產(chǎn)生的電能量。給定的陽(yáng)光水平。我們已經(jīng)證明存在缺陷，現(xiàn)在它是一個(gè)需要的工程修復(fù)。“

用于確定硅材料質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測(cè)量電荷載體的壽命，其在具有較少“陷阱”的高質(zhì)量材料中更長(zhǎng)。由Matthew Halsall教授領(lǐng)導(dǎo)的曼徹斯特研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的觀(guān)察結(jié)果與這種電荷載流子壽命密切相關(guān)，后者在光照下的缺陷轉(zhuǎn)換后顯著降低。他們還注意到效果是可逆的，當(dāng)材料在黑暗中加熱時(shí)，壽命再次增加，這是一個(gè)通常用于去除“陷阱”的過(guò)程。