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經(jīng)過(guò)幾十年的研究,太陽(yáng)能電池缺陷之謎終于揭開(kāi)!

核心提示:經(jīng)過(guò)幾十年的研究,太陽(yáng)能電池缺陷之謎終于揭開(kāi)!
   曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家在世界各地進(jìn)行了40年的研究后,終于解決了太陽(yáng)能電池板的一個(gè)關(guān)鍵缺陷。大多數(shù)太陽(yáng)能電池只能達(dá)到20%的效率 — 每千瓦的等效陽(yáng)光,大約可以產(chǎn)生200W的電能。目前,一個(gè)國(guó)際研究小組已經(jīng)解決了限制和降低太陽(yáng)能電池效率的材料缺陷這一關(guān)鍵基本問(wèn)題。
  
  協(xié)調(diào)這項(xiàng)研究的托尼•皮克爾教授表示:由于環(huán)境和財(cái)政影響,太陽(yáng)能電池板的‘效率下降’在過(guò)去40年里一直是科學(xué)界和工程界非常感興趣的話題。在安裝完成后的最初幾個(gè)小時(shí)里,光伏組件的效率會(huì)從20%下降到18%左右,然而,盡管這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)被人們研究了40多年,有270多篇研究論文認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有解決方案。這項(xiàng)新研究首次發(fā)現(xiàn)了一種此前未知的材料缺陷,這種缺陷限制了硅太陽(yáng)能電池的效率。
  
  
  研究人員采用的多學(xué)科實(shí)驗(yàn)和理論方法確定了光誘導(dǎo)降解(LID)機(jī)制。該團(tuán)隊(duì)結(jié)合了一種被稱(chēng)為“深層瞬態(tài)光譜學(xué)”(deep-level transient, DLTS)的特殊光電技術(shù),發(fā)現(xiàn)了一種材料缺陷的存在,這種缺陷最初潛伏在用于制造電池的硅材料中。硅太陽(yáng)能電池內(nèi)部的電荷在陽(yáng)光下被轉(zhuǎn)化,這是其能量產(chǎn)生過(guò)程的一部分。
  
  研究小組發(fā)現(xiàn),這種轉(zhuǎn)變涉及一個(gè)非常有效的“陷阱”,可以阻止光產(chǎn)生的載流子(電子)流動(dòng)。Iain Crowe博士說(shuō):這種電子的流動(dòng)決定了太陽(yáng)能電池向電路傳輸電流大小,任何阻礙它的東西都會(huì)有效地降低太陽(yáng)能電池效率,以及在給定的陽(yáng)光水平下可以產(chǎn)生的電量,現(xiàn)在我們已經(jīng)證明了缺陷的存在,現(xiàn)在需要的是工程修復(fù)。
  
  用于確定硅材料質(zhì)量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測(cè)量了載流子壽命,高質(zhì)量材料的載流子壽命更長(zhǎng),“陷阱”更少。曼徹斯特大學(xué)Matthew Halsall教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn),觀察結(jié)果與電荷載體壽命有很強(qiáng)的相關(guān)性,在光照下缺陷轉(zhuǎn)化后,電荷載體的壽命顯著降低。這種效果是可逆的,當(dāng)材料在黑暗中加熱時(shí),壽命再次增加,這是一種通常用來(lái)消除“陷阱”的過(guò)程。其研究成果發(fā)表在《應(yīng)用物理學(xué)》上。

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