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太阳能电池缺陷的谜团

发布时间:2019-12-05 14:03人气:

  由于太阳能板的相对成本和消费者可获得性,它们是通过可再生资源产生能量的最可用系统之一。但是,大多数太阳能电池仅能达到20%的效率,每当量kW的等效太阳光可产生约200W的电能。
 
  现在,一个国际研究人员团队解决了材料缺陷的关键根本问题,该问题限制并降低了太阳能电池的效率。这个问题已经被了解和研究了40多年,有270多篇研究论文归因于该问题,但没有解决方案。
 
  这项新研究显示了对先前未知的材料缺陷的首次观察,该缺陷限制了硅太阳能电池的效率。
 
  统筹研究的托尼·皮克尔(TonyPeaker)教授现已发表在《应用物理学》杂志上说:“由于环境和财务方面的影响,太阳能电池板的“效率下降”在过去四十年中一直是许多科学和工程学关注的话题但是,尽管业务上有一些最好的想法,但是直到现在,这个问题一直坚定地拒绝解决。”
 
  “安装后的最初几个小时,太阳能电池板的效率从20%下降到18%左右。效率绝对下降2%似乎没什么大不了,但是当您考虑到现在这些太阳能电池板已经成为现实负责提供全球总能源需求的巨大且呈指数增长的部分,这是发电能力的重大损失。”
 
  全球安装的太阳能容量测量结果的这一缺口所产生的能源成本为10吉瓦,这相当于比英国15家核电厂的总产量要多的能源。因此,太阳能短缺必须由其他可持续性较差的能源来解决,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引起光诱导降解(LID)的机制。该团队结合了专门的电学和光学技术,即“深层瞬态光谱法”(DLTS),发现存在一种材料缺陷,该材料缺陷最初处于休眠状态,处于制造电池所用的硅中。
 
  硅太阳能电池主体中的电荷在阳光下转化,这是其能量生成过程的一部分。研究小组发现,这种转变涉及一个高效的“陷阱”,可以阻止光生电荷载体(电子)的流动。
 
  艾恩·克劳博士(IainCrowe)博士说:“电子的流动决定了太阳能电池可以传递到电路的电流大小,任何阻碍它有效地降低太阳能电池效率和可产生电功率的因素在给定的日照水平下。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行业标准技术可测量电荷载流子的寿命,而在带有较少“陷阱”的高质量材料中,电荷载流子的寿命更长。由马修·哈索尔(MatthewHalsall)教授领导的曼彻斯特研究人员发现,他们的观察结果与该电荷载流子寿命密切相关,该电荷载流子寿命在光照下缺陷转变后显着降低。他们还指出,这种效果是可逆的,当在黑暗中加热材料时,寿命又增加了,这是通常用来去除“陷阱”的过程。

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