2019-06-03 22:10:01
经过数十年的全球努力 太阳能电池缺陷的神秘面

曼彻斯特大学的一个科学家团队在全球进行了40多年的研究后,解决了太阳能电池板的一个关键缺陷。

由于其相对成本和消费者可用性,太阳能电池板是通过可再生能源产生能量的最可用系统之一。然而,大多数太阳能电池仅达到20%的效率 - 对于每千瓦相当的阳光,可以产生大约200W的电功率。

现在,一个国际研究团队已经解决了材料缺陷的关键基本问题,这限制并降低了太阳能电池的效率。这个问题已经有40多年的历史和研究,有270多篇研究论文归因于这个问题没有解决方案。

这项新研究首次发现了先前未知的材料缺陷,这种缺陷限制了硅太阳能电池的效率。

现在发表在应用物理杂志上的协调研究的Tony Peaker教授说:“由于环境和财务影响,太阳能电池板'效率降低'在过去四十年中成为许多科学和工程界关注的话题。然而,尽管业务部门有一些最优秀的人才,但直到现在,这个问题还是坚决抵制解决问题。“

“在安装后的第一个小时内,太阳能电池板的效率从20%下降到18%左右。效率绝对下降2%似乎不是什么大问题,但是当你考虑到现在这些太阳能电池板时负责提供世界总能量需求的大部分和指数增长的部分,这是发电能力的重大损失。“

世界上安装的太阳能容量的这种不足的能源成本在10千兆瓦时,这相当于比英国15个核电站的总产量更多的能源。因此,太阳能短缺必须通过其他不太可持续的能源来满足,例如燃烧化石燃料。

研究人员采用的多学科实验和理论方法确定了导致光诱导降解(LID)的机制。结合专门的电学和光学技术,称为“深层瞬态光谱学”(DLTS),该团队发现了一种材料缺陷的存在,该材料缺陷最初在硅用于制造电池的过程中处于休眠状态。

硅太阳能电池的大部分内的电子电荷在阳光下转化,这是其能量产生过程的一部分。该团队发现,这种转变涉及一个高效的“陷阱”,可以阻止光生电荷载流子(电子)的流动。

Iain Crowe博士说:“这种电子流决定了太阳能电池可以输送到电路的电流大小,阻碍它的任何东西都会有效地降低太阳能电池的效率和可以产生的电能量。给定的阳光水平。我们已经证明存在缺陷,现在它是一个需要的工程修复。“

用于确定硅材料质量的行业标准技术测量电荷载体的寿命,其在具有较少“陷阱”的高质量材料中更长。由Matthew Halsall教授领导的曼彻斯特研究人员发现,他们的观察结果与这种电荷载流子寿命密切相关,后者在光照下的缺陷转换后显着降低。他们还注意到效果是可逆的,当材料在黑暗中加热时,寿命再次增加,这是一个通常用于去除“陷阱”的过程。

该论文“负责硼氧光诱导硅光伏电池降解的机理的鉴定”发表在应用物理学杂志上。

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