經(jīng)過數(shù)十年的全球努力 太陽能電池缺陷的神秘面

曼徹斯特大學的一個科學家團隊在全球進行了40多年的研究后，解決了太陽能電池板的一個關(guān)鍵缺陷。

由于其相對成本和消費者可用性，太陽能電池板是通過可再生能源產(chǎn)生能量的最可用系統(tǒng)之一。然而，大多數(shù)太陽能電池僅達到20%的效率 - 對于每千瓦相當?shù)年柟猓梢援a(chǎn)生大約200W的電功率。

現(xiàn)在，一個國際研究團隊已經(jīng)解決了材料缺陷的關(guān)鍵基本問題，這限制并降低了太陽能電池的效率。這個問題已經(jīng)有40多年的歷史和研究，有270多篇研究論文歸因于這個問題沒有解決方案。

這項新研究首次發(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：“由于環(huán)境和財務(wù)影響，太陽能電池板'效率降低'在過去四十年中成為許多科學和工程界關(guān)注的話題。然而，盡管業(yè)務(wù)部門有一些最優(yōu)秀的人才，但直到現(xiàn)在，這個問題還是堅決抵制解決問題。“

“在安裝后的第一個小時內(nèi)，太陽能電池板的效率從20%下降到18%左右。效率絕對下降2%似乎不是什么大問題，但是當你考慮到現(xiàn)在這些太陽能電池板時負責提供世界總能量需求的大部分和指數(shù)增長的部分，這是發(fā)電能力的重大損失。“

世界上安裝的太陽能容量的這種不足的能源成本在10千兆瓦時，這相當于比英國15個核電站的總產(chǎn)量更多的能源。因此，太陽能短缺必須通過其他不太可持續(xù)的能源來滿足，例如燃燒化石燃料。

研究人員采用的多學科實驗和理論方法確定了導(dǎo)致光誘導(dǎo)降解(LID)的機制。結(jié)合專門的電學和光學技術(shù)，稱為“深層瞬態(tài)光譜學”(DLTS)，該團隊發(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程中處于休眠狀態(tài)。

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

Iain Crowe博士說：“這種電子流決定了太陽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有效地降低太陽能電池的效率和可以產(chǎn)生的電能量。給定的陽光水平。我們已經(jīng)證明存在缺陷，現(xiàn)在它是一個需要的工程修復(fù)。“

用于確定硅材料質(zhì)量的行業(yè)標準技術(shù)測量電荷載體的壽命，其在具有較少“陷阱”的高質(zhì)量材料中更長。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，當材料在黑暗中加熱時，壽命再次增加，這是一個通常用于去除“陷阱”的過程。