經過數(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?，可以產生大約200W的電功率。

現(xiàn)在，一個國際研究團隊已經解決了材料缺陷的關鍵基本問題，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)表在應用物理雜志上的協(xié)調研究的Tony Peaker教授說：“由于環(huán)境和財務影響，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注的話題。然而，盡管業(yè)務部門有一些最優(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，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致光誘導降解(LID)的機制。結合專門的電學和光學技術，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的電子電荷在陽光下轉化，這是其能量產生過程的一部分。該團隊發(fā)現(xiàn)，這種轉變涉及一個高效的“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生的電能量。給定的陽光水平。我們已經證明存在缺陷，現(xiàn)在它是一個需要的工程修復。“

用于確定硅材料質量的行業(yè)標準技術測量電荷載體的壽命，其在具有較少“陷阱”的高質量材料中更長。由Matthew Halsall教授領導的曼徹斯特研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的觀察結果與這種電荷載流子壽命密切相關，后者在光照下的缺陷轉換后顯著降低。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。