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經過幾十年的研究,太陽能電池缺陷之謎終于揭開!

曼徹斯特大學科學家在世界各地進行了40年的研究后,終于解決了太陽能電池板的一個關鍵缺陷。大多數太陽能電池只能達到20%的效率 — 每千瓦的等效陽光,大約可以產生200W的電能。目前,一個國際研究小組已經解決了限制和降低太陽能電池效率的材料缺陷這一關鍵基本問題。

協調這項研究的托尼?皮克爾教授表示:由于環境和財政影響,太陽能電池板的‘效率下降’在過去40年里一直是科學界和工程界非常感興趣的話題。在安裝完成后的最初幾個小時里,光伏組件的效率會從20%下降到18%左右,然而,盡管這個問題已經被人們研究了40多年,有270多篇研究論文認為這個問題沒有解決方案。這項新研究首次發現了一種此前未知的材料缺陷,這種缺陷限制了硅太陽能電池的效率。

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研究人員采用的多學科實驗和理論方法確定了光誘導降解(LID)機制。該團隊結合了一種被稱為“深層瞬態光譜學”(deep-level transient, DLTS)的特殊光電技術,發現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。硅太陽能電池內部的電荷在陽光下被轉化,這是其能量產生過程的一部分。

研究小組發現,這種轉變涉及一個非常有效的“陷阱”,可以阻止光產生的載流子(電子)流動。Iain Crowe博士說:這種電子的流動決定了太陽能電池向電路傳輸電流大小,任何阻礙它的東西都會有效地降低太陽能電池效率,以及在給定的陽光水平下可以產生的電量,現在我們已經證明了缺陷的存在,現在需要的是工程修復。

用于確定硅材料質量的工業標準技術測量了載流子壽命,高質量材料的載流子壽命更長,“陷阱”更少。曼徹斯特大學Matthew Halsall教授領導的研究人員發現,觀察結果與電荷載體壽命有很強的相關性,在光照下缺陷轉化后,電荷載體的壽命顯著降低。這種效果是可逆的,當材料在黑暗中加熱時,壽命再次增加,這是一種通常用來消除“陷阱”的過程。其研究成果發表在《應用物理學》上。

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