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经过几十年的研究,太阳能电池缺陷之谜终于揭开!

曼彻斯特大学科学家在世界各地进行了40年的研究后,终于解决了太阳能电池板的一个关键缺陷。大多数太阳能电池只能达到20%的效率 — 每千瓦的等效阳光,大约可以产生200W的电能。目前,一个国际研究小组已经解决了限制和降低太阳能电池效率的材料缺陷这一关键基本问题。

协调这项研究的托尼•皮克尔教授表示:由于环境和财政影响,太阳能电池板的‘效率下降’在过去40年里一直是科学界和工程界非常感兴趣的话题。在安装完成后的最初几个小时里,光伏组件的效率会从20%下降到18%左右,然而,尽管这个问题已经被人们研究了40多年,有270多篇研究论文认为这个问题没有解决方案。这项新研究首次发现了一种此前未知的材料缺陷,这种缺陷限制了硅太阳能电池的效率。

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研究人员采用的多学科实验和理论方法确定了光诱导降解(LID)机制。该团队结合了一种被称为“深层瞬态光谱学”(deep-level transient, DLTS)的特殊光电技术,发现了一种材料缺陷的存在,这种缺陷最初潜伏在用于制造电池的硅材料中。硅太阳能电池内部的电荷在阳光下被转化,这是其能量产生过程的一部分。

研究小组发现,这种转变涉及一个非常有效的“陷阱”,可以阻止光产生的载流子(电子)流动。Iain Crowe博士说:这种电子的流动决定了太阳能电池向电路传输电流大小,任何阻碍它的东西都会有效地降低太阳能电池效率,以及在给定的阳光水平下可以产生的电量,现在我们已经证明了缺陷的存在,现在需要的是工程修复。

用于确定硅材料质量的工业标准技术测量了载流子寿命,高质量材料的载流子寿命更长,“陷阱”更少。曼彻斯特大学Matthew Halsall教授领导的研究人员发现,观察结果与电荷载体寿命有很强的相关性,在光照下缺陷转化后,电荷载体的寿命显著降低。这种效果是可逆的,当材料在黑暗中加热时,寿命再次增加,这是一种通常用来消除“陷阱”的过程。其研究成果发表在《应用物理学》上。

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